IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE MANEJO DE PAVIMENTOS PARA LA CIUDAD DE BOGOTÁ
JAVIER ALBERTO GARCÍA MÉNDEZ
Proyecto de grado para optar al título de Ingeniero Civil
Asesor
CAMILO MARULANDA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ 2006
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN………1
1. INTRODUCCION A MANEJO DE PAVIMENTOS………...3
1.1 Que es el sistema de manejo de pavimentos (PMS) ...……….3
1.2 Importancia del sistema de manejo de pavimentos ...……….. …7
1.3 El proceso del manejo de pavimentos ……….9
1.3.1 Definición de Inventario ...……….9
1.3.2 Inspección del pavimento………10
1.3.3 Valoración de la condición ...……….……….11
1.3.5 Análisis de condición……….. ………....12
1.3.6 Planeación de trabajo …...………..12
2. IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA DE MANEJO DE PAVIMENTOS……….13
2.1 Obtención de mapas (Planos) ...……….13
2.2 Definición redes ..………..13
2.2.1 Identificación de redes……….13
2.2.2 Identificación de ramas………14
2.2.3 Identificación de secciones……….15
2.3 Recolección de datos generales ...……….18
2.4 Creación de bases de datos……….19
2.5 Recolección de datos de condición……….19
2.5.1 Cálculo de PCI para pavimentos flexibles ...………19
2.5.2 Cálculo de PCI para pavimentos rígidos ...………..…27
2.5.3 Cálculo de PCI para secciones ...………..31
2.6 Desarrollo de modelos de predicción de deterioro………...32
2.6.1 Desarrollo de modelos de predicción utilizando la técnica de Extrapolación en línea recta ...………33
2.6.2Desarrollo de modelos de predicción utilizando la técnica de Regresión………...34
2.7Verificación de datos ...………..37
2.8 Obtención de costos unitarios de M & R localizada……….38
2.9 Obtención de costos unitarios de M & R Global y frecuencia de aplicación………39
2.10 Desarrollo de modelos PCI vs. Costos……….39
2.11 Análisis de condición……….………..39
2.12 Planeación de trabajo ...……….40
2.13 Formulación de proyectos de M & R y determinación de prioridades……….40
3. SISTEMA DE MANEJO DE PAVIMENTOS EN BOGOTA ……….41
3.1 Necesidad………...…41
3.2 Variables……….43
3.3 Beneficios esperados………46
4. IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA DE MANEJO DE PAVIMENTOS EN BOGOTA…...49
4.1 Caso pavimento flexible Av. San José (Calle 170)………..49
4.1.1 Obtención de mapas (Planos)………50
4.1.2 Definición redes………50
4.1.2.1 Identificación de redes………...51
4.1.2.2 Identificación de ramas………..51
4.1.2.3Identificación de secciones……….51
4.1.3 Recolección de datos generales………53
4.1.4 Creación de bases de datos………...………54
4.1.5 Recolección de datos de condición………...55
4.1.5.2 Inspección realizada a manera de visita de campo………..67
4.1.5.3 Resultado de índice de condición de pavimento para las inspecciones realizadas………..69
4.1.6 Desarrollo de modelos de predicción de deterioro……….71
4.1.7 Verificación de datos………...73
4.1.8 Obtención de costos unitarios de M & R localizada………...73
4.1.9 Obtención de costos unitarios de M & R Global y frecuencia de aplicación…..…74
4.1.10 Desarrollo de modelos PCI vs. Costos………...75
4.1.11 Análisis de condición………….………75
4.1.12 Planeación de trabajo………77
4.1.13 Formulación de proyectos de M & R y determinación de prioridades…………...78
4.2 Caso pavimento rígido Avenida Iberia (Calle 134)………...79
4.2.1 Obtención de mapas (Planos)………79
4.2.2 Definición redes………79
4.2.2.1 Identificación de redes………...79
4.2.2.2 Identificación de ramas………..80
4.2.2.3Identificación de secciones……….…80
4.2.3 Recolección de datos generales………80
4.2.4 Creación de bases de datos………...81
4.2.5 Recolección de datos de condición………...82
4.2.5.1 Inspección realizada por la “Unión Temporal malla vial 2003”…………82
4.2.5.2 Inspección realizada a manera de visita de campo………..84
4.2.5.3 Resultado de índice de condición de pavimento para las inspecciones realizadas………..85
4.2.6 Desarrollo de modelos de predicción de deterioro……….87
4.2.7 Verificación de datos………88
4.2.8 Obtención de costos unitarios de M & R localizada………88
4.2.9 Obtención de costos unitarios de M & R Global y frecuencia de aplicación……..89
4.2.10 Desarrollo de modelos PCI vs. Costos………...89
4.2.11 Análisis de condición……….………....89
4.2.12 Planeación de trabajo………....91
4.2.13 Formulación de proyectos de M & R y determinación de prioridades…………...91
5. REVISION DE DISEÑO USANDO METODOS BASADOS EN MODELOS DE PREDICCION DE DETERIORO (Mechanistic-empirical pavement design guide)………..…….92
5.1 PAVIMENTO FLEXIBLE AV. SAN JOSÉ (CALLE 170)………..93
5.1.1 Variables de entrada………95
5.1.2 Análisis de los resultados de diseño………...104
5.2 PAVIMENTO RÍGIDO AV. IBERIA (CALLE 134)………...108
5.2.1 Variables de entrada………..108
5.2.2 Análisis de los resultados de diseño……...………113
6. CONCLUSIONES………..117
ANEXOS
ANEXO 1: PLANOS E UBICACIÓN DE DAÑOS DE LAS REDES SAN JOSE E IBERIA .…122
ANEXO 2: FORMATOS DE INSPECCIÓN RECOMENDADOS ………..133
ANEXO 3: RESULTADO DE LOS INVENTARIOS DE FALLAS PARA LAS REDES SAN JOSE E IBERIA ……….136
ANEXO 4: SÍNTESIS DEL MANUAL DE FALLAS PCI………..150
ANEXO 5: GRÁFICAS PARA EL CÁLCULO DE PCI………....156
INTRODUCCIÓN
Las entidades encargadas de mantener la condición de los pavimentos y
manejar los recursos de los mismos en la ciudad de Bogotá, han tenido que
enfrentar dificultades que han afectado significativamente el cumplimiento de
sus objetivos y cuestionado su gestión teniendo en cuenta que los resultados
obtenidos no han sido los más adecuados.
El estado actual de la malla vial de Bogotá es crítico, y el manejo actual de los
recursos para el mantenimiento y reparación de la misma no ha alcanzado un
nivel de eficiencia óptimo que represente un mejoramiento progresivo en su
estado. Es por esto que es necesario el planteamiento de alternativas que
puedan representar un mejoramiento en la gestión realizada por las entidades
encargadas del manejo de los pavimentos locales.
Anteriormente la experiencia dictaba la selección de las políticas de
mantenimiento, dándole poca importancia a factores como los ciclos de vida de
los pavimentos y la relación de éstos con los costos y recursos disponibles.
En el ambiente económico actual donde se ejerce un control importante sobre
los recursos financieros, es necesario implementar un manejo sistemático que
permita identificar y priorizar las necesidades de mantenimiento y reparación de
los pavimentos y que complemente la experiencia con la que usualmente se
tomaban las decisiones para mantener la condición las vías en una ciudad
El sistema de manejo de pavimentos provee un método consistente y
sistemático que cuenta con las herramientas necesarias para seleccionar las
políticas de mantenimiento y reparación necesarias, así como su priorización y
tiempo óptimo de ejecución basándose en predicciones de la condición futura
del pavimento.
El objetivo general de este proyecto es presentar el sistema de manejo de
pavimentos y su implementación en la ciudad de Bogotá como alternativa para
los manejos actuales de la malla vial local.
Los objetivos específicos del sistema de manejo de pavimentos presentado en
este proyecto son los siguientes:
x Mantener una condición de la red vial de buena a aceptable en un
tiempo x en años
x Maximizar el retorno de las inversiones destinadas al mantenimiento y
reparación.
Se busca de esta forma proveer un documento útil para aquellas personas
interesadas en la innovación y mejoramiento de las políticas actuales de
mantenimiento y reparación de pavimentos, tratando particularmente el caso
Bogotano en el que se ha identificado una problemática actual y un campo
1. INTRODUCCION A MANEJO DE PAVIMENTOS
Este capítulo presenta los conceptos que permiten comprender de forma
general los objetivos, las bondades y el proceso que tiene el sistema de
manejo de pavimentos. (Shahin et al, 2005), (Haas, R., W. R. Hudson, 1982)
1.1 ¿Qué es el sistema de manejo de pavimentos (PMS)?
Los sistemas de manejo o gerencia de activos (AMS) son vitales para el
desarrollo y ejecución eficiente de cualquier tipo de proyecto, tanto de obras
civiles como de otro tipo de industria, estos buscan principalmente obtener y
procesar información cualitativa y cuantitativa relacionada con recursos
disponibles, infraestructura y su nivel de desempeño actual y futuro.
Las herramientas que brinda la implementación de sistemas de manejo de
activos, permiten preservar y monitorear los mismos garantizando el uso eficaz
y eficiente de los recursos disponibles y proyectados, esto se convierte
específicamente en un proceso sistemático de mantenimiento, actualización y
operación de los bienes físicos de una forma costo-efectiva apropiada.
La combinación de lo anteriormente explicado, con criterios ingenieriles,
prácticas de negocios aceptadas y teorías económicas, facilita y mejora el
proceso de toma de decisiones teniendo como base información pertinente y
oportuna, escogida de una manera organizada, lógica y justificable. Al mejorar
el proceso de toma de decisiones de corto plazo se minimizan los impactos
En sectores como el transporte la implementación de sistemas de manejo de
activos se ha convertido en una herramienta clave, ya que es necesario e
indispensable que los proyectos ejecutados en este sector cuenten con una
eficiencia alta en su relación costo beneficio y mantengan un nivel de servicio
bueno durante su vida útil, esto debido a que este tipo de proyectos son
determinantes para el desarrollo del comercio, el crecimiento económico de
diferentes países y/o grandes ciudades y la calidad de vida de sus habitantes.
La mayor parte de la atención para el control y manejo de activos relacionados
con el sector del transporte es tomada por estructuras como puentes y
pavimentos, lo que sugiere que se han implementado en la actualidad sistemas
de manejo específicos para cada uno de estos casos.
El sistema de manejo de pavimentos (PMS) es un caso particular de los
sistemas de manejo de activos (AMS), y su objetivo principal es proveer las
herramientas que permitan controlar la condición estructural y operacional de
una sección de pavimento dada. Así mismo busca recoger, sintetizar y
optimizar las políticas de mantenimiento y rehabilitación (M&R), con el
propósito de mantener unos niveles de servicio mínimos aceptables, teniendo
como variable primaria la inversión a realizar y el presupuesto existente o
requerido.
En una vista general del sistema de manejo de pavimentos, se puede anotar
que los siguientes objetivos deben ser alcanzados para su óptimo desarrollo:
x Determinación de condiciones existentes
x Identificación de necesidades
x Predicción del impacto de las decisiones a tomar en las condiciones
futuras
Al cumplir con estos objetivos es posible diseñar y ejecutar un proceso de toma
de decisiones adecuado y sensato con respecto al mantenimiento y/o
rehabilitación a realizar. Este proceso tendrá como consecuencia un mejor
manejo de los recursos tanto presentes como futuros y un impacto en los
costos y utilidades del proyecto.
El manejo de pavimentos ha sido definido en varios libros y reportes como: “En
general, la práctica de manejo de pavimentos está basada en el concepto de encontrar una combinación de tratamientos costo-efectiva para ser aplicados a un tiempo dado y de esta forma alcanzar un nivel de servicio deseado” (Haas, R., W. R. Hudson, 1987)
Las estrategias a utilizar como resultado de la práctica de manejo de
pavimentos deben tener en cuenta las siguientes condiciones o etapas:
x Identificar las superficies que necesitan tratamiento
x Identificar la combinación optima de mantenimiento preventivo y
rehabilitación que proveerá la condición general deseada teniendo en
cuenta las limitaciones existentes.
El objetivo del sistema de manejo de pavimentos no es predecir en donde se
van a localizar las fallas específicamente, o la frecuencia de los procesos de
mantenimiento, su objetivo es manejar y controlar las etapas de mantenimiento
formular políticas estándar de tratamientos selectivos y su ejecución oportuna y
adecuada.
El PMS normalmente esta basado en análisis de la superficie de la estructura,
este tipo de estudio aporta información valiosa sobre la condición tanto
operacional como estructural de la sección escogida, y en consecuencia
permite tomar decisiones de M&R apropiadas basadas en el criterio profesional
y la experiencia obtenida de proyectos anteriores.
Para determinar los tiempos de ejecución de las estrategias resultado es
importante el desarrollo de herramientas como modelos de predicción de
deterioro, en los que es posible ilustrar directamente el comportamiento de la
estructura a través de su vida útil, esto permite identificar las etapas críticas en
las cuales el pavimento presentará condiciones y niveles de servicio menores
al requerido, así como el período en el cual las estrategias presentan un
cambio significativo en términos de costos. Lo anteriormente explicado es
ilustrado claramente en la figura 1.1 en la cual se tiene como variable
dependiente el Índice de condición del pavimento (PCI), y su comportamiento a
través del tiempo.
1.2 Importancia del sistema de manejo de pavimentos
La implementación de un sistema de manejo de pavimentos genera cambios
importantes en las estrategias de mantenimiento y aporta una metodología
concreta, novedosa y eficiente para el desarrollo de proyectos, en este caso de
infraestructura.
A medida que se han desarrollado este tipo de sistemas, los mismos se han
convertido más que en una actividad opcional, en una necesidad para las
empresas o compañías vinculadas en el tema, esto se debe principalmente a
que en el campo de la Ingeniería es necesario y obligatorio ser más competitivo
día tras día, los sistemas de manejo de activos, y en el caso particular de los
pavimentos, llevan a sus ejecutores directamente hacia ese objetivo.
La importancia del sistema radica igualmente en que le atribuye cualidades al
proceso tales como:
x Mejora los procesos de calidad
x Provee información más completa y mejora su accesibilidad
x Facilita la asesoría económica en las diferentes negociaciones
x Provee documentación mejorada sobre las decisiones
x Provee información mejorada con respecto al valor de la inversión y su
valor de retorno
x Reduce los costos tanto de largo como de corto plazo
x Establece una comprensión conjunta entre la medición del desempeño y
el criterio
x Esta ligado a análisis técnicos, toma de decisiones y procesos
presupuestales
x Facilita la educación de los usuarios y los dirigentes encargados de la
toma de decisiones
x Mejora el nivel de servicio (Confort, confianza, seguridad, en un contexto
de transporte)
En el sistema de manejo de pavimentos, es necesario resaltar que la mayor de
sus bondades es la gran cantidad y calidad de información en la que se basa y
que permite en consecuencia tomar decisiones acertadas en cualquier etapa
del proyecto.
El hecho de no adoptar el sistema de manejo de pavimentos puede resultar en
grandes pérdidas económicas causadas por la ejecución de mantenimiento
inoportuno, ineficiente, o en algunos casos la total reconstrucción prematura,
así como en el deterioro de la malla vial cualquiera que sea, disminución en el
nivel de confort, velocidad de operación, y en el maltrato de los vehículos que
transitan por la vía. La combinación de algunos de los factores mencionados
anteriormente, o el desarrollo extremo de algunos de ellos, puede resultar
incluso en victimas fatales y/o en pérdidas para algunos sectores de la industria
dependientes del sector del transporte.
Es claro entonces que el sistema de manejo de pavimentos representa un
avance importante en términos técnicos y con respecto a las metodologías
manejados, y en donde únicamente la experiencia dictaba la selección de
M&R.
1.3 El proceso del manejo de pavimentos
El sistema de manejo de pavimentos llego a concretarse gracias a
aproximaciones sistemáticas realizadas durante un periodo de treinta años,
estas permitieron alcanzar objetivos como la optimización del valor de retorno
de inversión entre otras, el resultado de la evolución de estas aproximaciones
fue el proceso de manejo de pavimentos, que representa la estructura del
sistema, el proceso consiste en los siguientes pasos:
1.3.1 Definición del Inventario
Una red o malla vial debe ser dividida en ramas y secciones, una rama se
identifica debido a su uso (p.e. Pistas de aterrizaje en el caso de los
aeropuertos, autopistas en el caso de las vías vehiculares, etc)
Cada rama es dividida en secciones uniformes teniendo en cuenta variables
como la condición del pavimento, su tipo de construcción y el tráfico al que es
sometido, una sección debe ser del mismo tipo de pavimento completamente
(p.e. Rígido o flexible)
Una sección también puede ser definida como del área más pequeña en la cual
Mantenimiento y rehabilitación mayor es necesario. (p.e. Recapeo o
1.3.2 Inspección del pavimento
Se realiza por medio de un reconocimiento e inventario de fallas presentes en
la estructura, esta inspección es recomendable realizarla cada tres años para el
caso de vías vehiculares y parqueaderos. Además de la medición de las fallas
se toman los perfiles tanto longitudinal como transversal del pavimento, el perfil
longitudinal es generalmente medido en la huella de la rueda derecha e
izquierda.
Para el caso de las pistas de aterrizaje en aeropuertos es recomendable
realizar la medición de fallas dentro de un periodo de 1 a 5 años así como
pruebas de rugosidad y pruebas no destructivas de deflexión dentro de un
periodo de 5 a 10 años.
1.3.3 Valoración de la condición
Basado en la información reunida en la inspección del pavimento es posible
calcular índices que sintetizan la condición general de la estructura, El PCI
(Pavement condition index) es uno de ellos, que específicamente mide la
integridad estructural (no la capacidad) del pavimento y la condición
operacional de la superficie, adjudicándole un puntaje entre 0 y 100, donde 0
representa el peor estado y 100 un pavimento nuevo en excelentes
condiciones. El PCI se basa en tres factores de evaluación, la cantidad, la
severidad y el tipo de falla. En la figura 1.2 se muestra de forma clara la escala
Otro indicador igualmente importante es el IRI (International roughness index)
que mide la regularidad del perfil longitudinal a través de la vía. El IRI del
pavimento es el promedio del IRI medido en las huellas de la rueda izquierda y
derecha de la sección. El perfil transversal de la sección es usado para calcular
el índice de ahuellamiento presente. Este indicador es expresado como una
relación de unidades de longitud. (p.e. m / Km., pulg. / milla)
Figura 1.2 Escala de calificación del estado del pavimento para PCI (Shahin et al, 2005)
1.3.4 Predicción de condición
En la actualidad no existe un modelo de predicción que se ajuste a todas las
locaciones, estos modelos deben ser ajustados y formulados para cada una de
ellas y sus respectivas condiciones donde quiera que vayan a ser aplicados. El
objetivo principal por el cual se han desarrollado estos modelos radica en la
necesidad de conocer la condición futura del pavimento considerando
condiciones normales. Los modelos se utilizan también para obtener un
1.3.5 Análisis de condición
Con los modelos de predicción de condición o deterioro como herramienta, los
Directivos o Gerentes de proyectos pueden comparar escenarios pasados,
presentes y futuros, asumiendo que ningún tipo de M&R mayor va a ser
efectuado. Esto les permite a los Dirigentes desarrollar la habilidad de calcular
las consecuencias de modelos antiguos y valorar la adopción de modelos de
manejo de pavimentos.
Gracias a este proceso comparativo también es posible identificar las ventajas
y bondades del sistema de manejo de pavimentos a medida que la extensión y
duración del proyecto aumenten.
1.3.6 Planeación de trabajo
Esta etapa permite determinar las consecuencias de un presupuesto
determinado, o visto desde otro punto, encontrar el presupuesto requerido para
alcanzar objetivos en el manejo específicos.
Los objetivos más comunes en el manejo de pavimentos son los siguientes:
x Mantener una condición de la red vial de buena a aceptable en un
tiempo x en años
x Eliminar o evadir la intervención de mantenimientos o rehabilitaciones
mayores en un tiempo determinado x
El resultado de la planeación de trabajo debe incluir las políticas de M&R
recomendadas y su forma de ejecución, esto con el ánimo de evitar impactos
2. IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE MANEJO DE PAVIMENTOS
En este capitulo se presentan los pasos que conforman la estructura del
sistema de manejo de pavimentos (PMS) y cuyo desarrollo es necesario para la
implementación óptima del mismo (Shahin et al, 2005)
2.1 Obtención de mapas (Planos)
En este caso, la utilización de sistemas de información geográfica (GIS) es la
más recomendada si es accesible, estos sistemas representan una ventaja por
la facilidad en la manipulación de datos y la precisión en cuanto a la referencia
espacial.
De no ser posible la utilización de GIS, los planos de AutoCAD son una buena
alternativa para el desarrollo de las primeras etapas del PMS.
2.2 Definición de redes
El primer paso para establecer un PMS es la definición de las redes. Los
planos obtenidos deben ser divididos en redes, ramas y secciones, este paso
debe ser monitoreado de cerca por los profesionales involucrados ya que de
esto depende el uso exitoso y la confiabilidad de los datos a reunir.
2.2.1 Identificación de redes
Una red es una agrupación lógica de pavimentos que requieren de un manejo
de M&R presente o futura. Basados en el criterio profesional, los directivos o
de otras dentro de la misma infraestructura, teniendo en cuenta factores como
fuentes financieras, estándares operacionales mínimos y ubicación geográfica.
Para hacer esta idea más clara se presentan los siguientes ejemplos:
x En las ciudades se pueden presentar varias redes, en el caso de Bogota
cada una de las localidades puede ser definida como red y tratar cada
una de ellas por separado, ya sea por su ubicación geográfica, por los
recursos disponibles o por la importancia dentro del desarrollo de la
ciudad.
x En los aeropuertos los pavimentos se pueden identificar en dos redes,
una contiene las pistas de aterrizaje, y la otra la vías vehiculares y
parqueaderos.
x Una base militar debe clasificar sus vías en dos redes, una para vías en
complejos residenciales y la otra para no residenciales.
2.2.2 Identificación de ramas
Las ramas se deben clasificar e identificar debido al uso al que esta sometido el
pavimento, una vía vehicular específica puede ser definida como una rama, así
como los parqueaderos, que son manejados separadamente debido a que su
uso es completamente diferente al de otro tipo de infraestructura. En el caso de
los aeropuertos, las pistas de aterrizaje, las vías de transito y los aparcaderos
son definidos como ramas individualmente.
Un ejemplo de lo anteriormente explicado podría ser la identificación de
mismo nombre que la calle en la que están ubicadas, (p.e. Calle 170, Av. 134,
Av. Suba).
2.2.3 Identificación de secciones
Las ramas en la mayoría de los casos no cuentan con características
consistentes o uniformes en toda su área de desarrollo. Es por esto que es
necesario dividirlas en secciones que si cuenten con esa uniformidad y
permitan desarrollar el sistema de manejo más fácilmente. Las secciones son
los componentes más pequeños manejados en el PMS y en consecuencia
unidades más pequeñas presentes no serán tomadas en cuenta para la
ejecución de mantenimiento y rehabilitación mayor.
Una sección debe ser del mismo tipo de superficie (p.e. Rígido, flexible, capa
asfáltica sobre concreto, etc). Las siguientes características deben ser tomadas
en cuenta para efectuar una adecuada selección de secciones:
x Estructura del pavimento: Este es uno de los factores más importantes
cuando se debe dividir una rama en secciones, la composición de la
estructura, gobernada principalmente por los materiales y el espesor de
las capas que conforman la estructura deben ser seriamente
considerados.
La utilización de ensayos de deflexión no destructivos (NDT) es muy útil
para la determinación de la composición de la estructura y sus
propiedades. Sondeos localizados también pueden ser efectuados
se ve reflejada actualmente en una disminución de costos. Habiendo
dicho esto se puede inferir que la utilización de este tipo de ensayos con
el propósito de seccionar las ramas será más comúnmente utilizada en
el futuro cuando estas prácticas sean más accesibles.
x Historia de construcción: La construcción de pavimentos en distintos periodos de tiempo, ejecutada por diferentes contratistas, o usando
diferentes técnicas debe ser considerada para la definición de las
secciones en cada una de las ramas. Así mismo aquellas zonas en las
que reparaciones mayores (Reemplazo de varias losas, reparcheos
importantes) han sido efectuadas, deben ser definidas como secciones
independientes.
x Tráfico: La intensidad, volumen y carga del tráfico deben ser tenidos en cuenta al momento de definir secciones dentro de una red. Como
primera consideración para la vías vehiculares, el número de carriles y el
tráfico de camiones son un filtro para diferenciar unas secciones de
otras, para vías con 4 o mas carriles y dos direcciones de tráfico, una
sección debe ser definida para cada sentido. Las intersecciones pueden
ser consideradas como secciones independientes ya que se presume
que contarán mayor tráfico y en consecuencia mayor M&R con respecto
al pavimento que lo rodea.
x Clasificación funcional del pavimento: Esta característica se puede
clasificación funcional esta ligada a un cambio en la cantidad de
vehículos que soporta la estructura. Estos cambios se pueden presentan
a la largo de una misma rama (p.e De primaria a secundaria, De arteria
a colectora). Si este es el caso se debe realizar una división por
secciones.
x Drenaje y bermas: Estos dos factores afectan el desempeño del pavimento, es recomendable que los mismos sean consistentes a lo
largo de la sección.
x Condición del pavimento: Cambios sistemáticos en la condición del pavimento se deben considerar ya que son una consecuencia de
algunos de los factores presentados anteriormente. Para realizar una
clasificación apropiada por secciones teniendo en cuenta la condición,
se debe inventariar la cantidad y tipo de fallas presentes, de esta forma
se pueden identificar las secciones con características consistentes y/o
uniformes. La combinación de esta técnica con perfiles de ensayos no
destructivos (NDT) resulta en una herramienta para una clasificación
precisa y exitosa.
x Tamaño de la sección: El criterio profesional juega un papel definitivo en
la definición del tamaño de la sección ya que este tendrá un impacto
significativo en el desempeño y en la economía del PMS. El hecho de
seleccionar secciones de tamaño muy pequeño con el propósito de
programación del trabajo de M&R se puede convertir en una tarea
tediosa en ineficiente. Por otra parte, al definir secciones muy grandes,
las características de éstas no serán los suficientemente consistentes a
través de su área total, haciendo el diseño de M&R ineficiente y
afectando el presupuesto programado.
2.3 Recolección de datos generales
Este tipo de datos deben proveer las características más esenciales del
sistema de manejo, este grupo de información debe contener lo siguiente:
x Uso de las ramas
x Longitud, ancho y área de las secciones
x Tipo de superficie de las secciones
x Importancia de la sección ( Clasificación funcional)
x Última fecha de construcción o del más reciente M&R mayor (LCD),
(Last construction date)
De este grupo de información, la última fecha de construcción (LCD) es uno de
los datos más importantes ya que esta es esencial para el desarrollo de los
modelos de condición de deterioro, del análisis de desempeño futuro y de la
planeación de trabajo. De no ser posible la obtención de este dato, se puede
calcular tomando como punto de referencia el PCI estimado actual y
asumiendo una tasa de deterioro típica o una curva representativa de la
condición del deterioro que se ajuste a los factores como el clima, el tráfico y el
2.4 Creación de bases de datos
A cada una de las redes definidas se le deben asociar los datos respectivos a
inventariar y de esta forma organizar la información en bases de datos claras y
consistentes. Los mapas o planos deben ser definidos igualmente para
propósitos prácticos y poder relacionarlos a la base de datos.
2.5 Recolección de datos de condición
En este paso se debe efectuar la auscultación visual e inventario para cada una
de las secciones definidas. El tipo de datos a recoger están relacionados con el
tipo, severidad y cantidad de fallas encontradas en cada una de las secciones y
con el posterior cálculo del índice de condición del pavimento PCI. Otro tipo de
información también puede ser recolectada, esta puede ser: Índices de fricción,
índices de regularidad o rugosidad (IRI) e información de tipo estructural. La
información debe ser entrada a la base de datos respectiva.
2.5.1 Cálculo de PCI para pavimentos flexibles
Para la recolección de datos y posterior cálculo del PCI es necesario definir
unidades de muestreo dentro de cada una de las secciones identificadas en el
punto 2.2.3, unidades que luego serán inventariadas. Éstas deben contar con
un área definida dentro del siguiente rango:
140 m2 < Área unidad de muestreo < 325 m2
Hay que anotar que la sumatoria de las áreas de las unidades de muestreo
La cantidad de unidades de muestreo a ser inspeccionadas en cada sección
esta regida por la figura 2.1, esto debido a que dependiendo del tamaño de la
sección se inspecciona un grupo de unidades representativo menor al total,
teniendo en cuenta que la inspección de la totalidad de las unidades puede
representar una tarea tediosa y extensa.
Figura 2.1 Gráfico para estimar la cantidad de unidades de muestreo a inspeccionar (Shahin et al, 2005)
El número de unidades de muestreo a inspeccionar provee un estimado
razonable de la media del PCI con un error del 5 %, lo que quiere decir que el
PCI obtenido se encuentra ± 5 puntos alrededor del PCI verdadero (El que se
obtuviera si se inspeccionara la totalidad de las unidades) con un nivel de
certeza del 95%.
Como es indicado en la gráfica no es recomendable trabajar con menos de 5
unidades de muestreo por sección, el cálculo de la cantidad de unidades de
muestreo también se puede realizar por medio de la siguiente fórmula que fue
2 2
2
) 1 )( 4 / (
*
s N
e
s N n
(Ecuación 2.1)
Donde:
N= Número toral de unidades de muestreo definidas en la sección
e= Error admisible en el estimado del PCI de la sección
s= Desviación estándar del PCI entre la unidades de muestreo de la sección
Seguido a la definición del número de unidades de muestreo a inspeccionar se
debe definir el intervalo de inspección dentro de la misma unidad. Tomemos
como ejemplo una sección que cuenta con las siguientes características
(Shahin et al, 2005):
x Número total de unidades de muestreo en la sección = 47
x Número mínimo de unidades de muestreo a ser inspeccionadas = 13
(Calculado con la ecuación (1) y redondeado hacia el entero mayor)
x Intervalo (i): 3.6 3
13 47
n N
i (Redondeado hacia el entero menor)
x El inicio aleatorio es seleccionado dentro de la unidad de muestreo 1 y la
unidad de muestreo i, (p.e si i = 3, el inicio aleatorio será un numero
entre 1 y 3.
x Las unidades de muestreo a inventariar son identificadas como s, s + i,
s +2 i, s + 3 i, etc. Si el inicio seleccionado es 3 y el intervalo es 3, las
Después de haber definido las unidades de muestreo, la cantidad y el orden en
que van a ser inventariadas se debe realizar la auscultación visual con la ayuda
de los formatos recomendados y que son presentados en el anexo 2 de este
documento. Es necesario contar con instrumentos como metros, cintas,
escuadras, reglas, entre otros con el propósito de medir la longitud o las áreas
de las fallas de acuerdo al manual de fallas PCI.
En la figura 2.2 se presenta un formato ya diligenciado que permitirá ilustrar
apropiadamente el proceso a seguir y los respectivos cálculos que se deben
realizar para obtener el índice de condición de pavimento PCI.
Al iniciar el inventario se deben anotar en la parte superior del formato los datos
generales de la unidad de muestreo, como lo son: Rama a la que pertenece,
Sección a la que pertenece, el número de identificación de la unidad, quien
realiza el inventario, la fecha y finalmente el área de la unidad de muestreo.
Dentro del formato se muestran los posibles tipos de falla a encontrar con el
respectivo código, al realizar la auscultación visual se debe anotar el tipo de
falla con el nivel de severidad encontrado, alto (A), medio (M) o bajo (B). Esta
información se debe anotar en la columna llamada Tipo y severidad de falla. En
la figura 2.2 en el primer tipo y severidad de falla ingresado es 1 M lo que
significa que se encontró piel de cocodrilo con un nivel de severidad medio.
Una vez identificado el tipo y el nivel de la falla existente, se debe cuantificar su
presencia dentro de la sección, es por esto que para cada una de las fallas
casillas distribuidas a lo largo de la fila en la que se encuentra. En estas
casillas se debe anotar la cantidad medida de la falla en las unidades
recomendadas. Se utiliza una casilla por cada falla medida. En el ejemplo
ilustrado por la figura 2.2 se observa que falla piel de cocodrilo con nivel de
severidad medio (1 M ) se encontró en 3 ocasiones con cantidades de 2.88, 6.8
y 3.4 m2 respectivamente dentro de la misma unidad de muestreo.
Figura2.2 Formato de inspección pavimento flexible diligenciado
Cálculo de PCI
Paso 1: Determinación de los valores deducibles
1a. Sumar los valores anotados en la fila de cada tipo de falla y almacenar el
resultado en la columna “Total”, este valor corresponde a la cantidad total de la
falla encontrada en la unidad de muestreo. Para la falla 1 M del ejemplo
ilustrado en la figura 2.2 se obtuvo un total de 13.08
1b. Dividir la columna “total” sobre el área total de la unidad de muestreo y
valor debe anotarse en la columna “Densidad %” para cada una de las fallas
ingresadas en la columna “Severidad de falla”. La densidad correspondiente a
la falla 1 M es 5.8 %
1c. Determinar el valor deducible, para esto es necesario dirigirse a la gráfica
propia de cada tipo de falla, que presenta tres diferentes curvas referentes a
cada nivel de severidad. Para la gráfica adecuada se debe entrar con el valor
de “Densidad %” y leer el valor correspondiente que luego será almacenado en
el formato. Las gráficas “Densidad %” vs. “Valor deducible” se presentan en el
anexo 5 de este documento.
Paso 2: Determinación del numero máximo permitido de valores deducibles
(m).
2a. Si únicamente uno o ningún valor de los valores deducibles individuales es
> 2 la suma de estos valores individuales es tomada en lugar del valor
deducible corregido (CDV) y se pasa directamente al paso 4.
2b. Ordene los valores deducibles individuales en orden descendente. Para el
caso de nuestro ejemplo el orden queda establecido como: 87, 46, 40 24, 9.
2c. Determine el número máximo permitido de valores deducibles (m) usando
la siguiente ecuación:
) 100
)( 98 / 9 (
1 i
i HDV
m Ecuación (2.2)
Donde:
mi = Valor máximo permitido de valores deducibles, incluyendo fracciones, para
la unidad de muestreo i
Aplicando la ecuación al ejemplo particular presentado en la figura 2.2 se tiene:
19 . 2 ) 87 100 )( 98 / 9 (
1
i m
2d. El numero de valores deducible obtenidos inicialmente debe ser reducido
hasta m, incluyendo la parte fraccionaria. Si el número de valores deducibles es
menor que m entonces se debe usar la totalidad de los valores. Para el caso de
nuestro ejemplo m = 2.19, entonces los valores deducibles que en un comienzo
eran 5 quedan reducidos a 3 que son: 87, 46, 7.6
El último valor de 7.6 corresponde a la parte fraccionaria de 2.19. Este valor se
calcula como: 0.19u3erValordeducible 0.19u40 7.6
Paso 3: Determinación del valor deducible máximo corregido.
Este valor se calcula iterativamente como se explica a continuación utilizando
la tabla presentada en la figura 2.3.
Figura 2.3 Tabla para cálculo de CDV para pavimentos flexibles
3a. Determine el número de valores deducibles > 2. Esta cantidad de valores
3b. Determine el valor deducible total (TDV), sumando los valores deducibles
individuales tal como se muestra en la figura 2.3. Para el ejemplo citado
Total=140.6
3c. Determine el valor deducible corregido (CDV) leyendo de forma apropiada
la gráfica de corrección correspondiente. En el anexo 5 de este documento se
muestran las curvas de corrección para pavimentos flexibles. Para propósitos
de nuestro ejemplo léase el valor en la figura 2.4
Figura 2.4 Gráfico para la determinación del CDV (Shahin et al, 2005)
3d. Reduzca a 2 el valor más pequeño de los valores deducibles > 2, repita
nuevamente desde el paso 3a. hasta que q=1 tal como se muestra en la figura
2.3.
3e. El valor más grande de los valores deducibles corregidos será definido
como el valor deducible corregido (CDV). Para nuestro ejemplo CDV = 91
Paso 4: Calcule el PCI restando el valor deducible corregido (CDV) a 100. En el
2.5.2 Cálculo de PCI para pavimentos rígidos
La metodología para el cálculo de PCI para pavimentos rígidos es básicamente
la misma que la utilizada para flexibles, con unas pequeñas diferencias como o
son el formato a diligenciar para el inventario de fallas, y la definición de las
unidades de muestreo.
Para los pavimentos rígidos, el formato para el inventario de fallas es mostrado
en el anexo 2 de este documento. Con respecto a la definición de las unidades
de muestreo se debe anotar que para las superficies cuyo espaciamiento entre
juntas es 7.62 m (25 ft.) el tamaño recomendado de las unidades de
muestreo esta entre 20 ± 8 losas de concreto. Para superficies con
espaciamiento entre juntas 7.62 m se deben trazar juntas imaginarias con
espaciamientos 7.62 m y asumir que estas juntas se encuentran en perfecto
estado. Por ejemplo, si una losa tiene una longitud de 18 m, se deben trazar
juntas imaginarias cada 6 m. Por lo tanto una losa será inventariada como tres
únicamente por propósitos de la inspección de fallas.
A modo ilustrativo en la figura 2.5 se muestra un formato de inspección
diligenciado como ejemplo del cálculo de PCI para una unidad de muestreo de
Figura2.5 Formato de inspección pavimento rígido diligenciado
En el ejemplo presentado en la figura 2.5 hay que anotar que para cada tipo de
falla y cada nivel de severidad se debe anotar el número de losas afectadas.
No se tienen unidades de medida para cuantificar la falla aunque si se tienen
Cálculo de PCI
Paso 1: Determinación de los valores deducibles
1a. Para cada combinación de tipo y severidad de falla, se debe contar el
número de losas en las que esta presente. (p.e. En la figura 2.5 hay 3 losas en
las que se presenta grieta de durabilidad con severidad media).
1b. Divida el número de losas identificadas en el paso 1a. por el número total
de losas en la unidad de muestreo, luego multiplique el resultado por 100 para
obtenerlo en porcentaje. Este valor obtenido se debe almacenar en la columna
“Densidad %” para cada combinación de tipo y severidad de falla.
1c. Determine los valores deducibles para cada combinación de tipo y
severidad de falla utilizando la gráfica correspondiente “Densidad vs. Valor
deducible”. Las gráficas pertinentes para desarrollar este paso son presentadas
en el anexo 5 de este documento.
Paso 2: Determinación del número máximo permitido de valores deducibles
Este paso es el mismo que el presentado en el cálculo de valores deducibles
para pavimentos flexibles mencionado en el punto 2.5.1. Dicho esto se aplica la
ecuación 2.2 al caso particular presentado en la figura 2.5
81 . 8 ) 15 100 )( 98 / 9 (
1
i m
Como se presentan 9 valores deducibles el noveno valor más pequeño (=1) es
multiplicado por 0.81 que representa la parte fraccionaria del número máximo
de valores deducibles quedando reducido a 0.81
De la misma forma que se realizó para pavimentos flexibles y como se
presenta en la figura 2.6, se ejecuta el proceso iterativo para calcular el valor
deducible corregido, utilizando la curva apropiada de corrección en cada
iteración (Para el caso de nuestro ejemplo léase la grafica presentada en la
figura 2.7), posteriormente se identifica CDV máximo.
Paso 4: Calcule el PCI restando el máximo valor deducible corregido (CDV) a
100, PCI = 100 – 30 = 70 para el caso del ejemplo presentado en la figura 2.5
Figura 2.6 Tabla para cálculo de CDV para pavimentos rígidos
2.5.3 Cálculo de PCI para las secciones
En los puntos 2.5.1 y 2.5.2 se calculo el índice de condición del pavimento
(PCI) para las unidades de muestreo definidas. A continuación se explicará
como se calcula el PCI para la sección completa tomando como base los
resultados obtenidos para las unidades de muestreo.
Si todas las unidades de muestreo inventariadas dentro de la sección cuentan
con el mismo tamaño, el PCI de la sección es simplemente el promedio de los
PCI obtenidos de las unidades de muestreo que fueron inspeccionadas.
Si las unidades de muestreo inspeccionadas no son del mismo tamaño el PCI
de la sección se calcula con la siguiente ecuación:
¦
¦
uR
i ri R
i
ri ri
r s
A A PCI PCI
PCI
1 1
Donde:
PCIs = PCI de la sección de pavimento
PCIr = PCI promedio ponderado por área (o representativo) de las unidades de
muestreo aleatorias
PCIri = PCI de la unidad de muestreo aleatoria número i
Ari = Área de la unidad de muestreo aleatoria número i
R = Número total de unidades de muestreo aleatorias inspeccionadas
La metodología anteriormente explicada tanto para el cálculo del PCI de las
procesar los datos recogidos en el inventario de fallas y obtener el índice de
condición de pavimento PCI.
Existen otras posibilidades como el uso de software especializado, este el caso
de Micro Paver, que permite ingresar directamente la base de datos y agilizar el
procesamiento de datos. Micro Paver calcula automáticamente el índice de
condición de pavimento. Este software se utilizará y explicará en la parte
práctica de este proyecto contenida en el capitulo 4.
2.6 Desarrollo de modelos de predicción de deterioro
Los modelos de predicción de condición del pavimento son fundamentales para
el desarrollo óptimo del PMS, estos modelos desempeñan una función dentro
del sistema similar a la que realiza el motor en los automóviles.
La calidad de estos modelos depende de varios factores, entre los más
importantes está la última fecha de construcción y los datos obtenidos en la
estimación actual del deterioro PCI, ya que en estos se basa el desarrollo del
modelo. La estadística es una herramienta usada para la creación de estos
modelos, donde se pueden ajustar los datos a extrapolaciones, distintos tipos
de regresiones, distribuciones de probabilidad, entre otros.
Se deben definir familias de pavimentos que presenten características de
deterioro similares y para cada una de ellas estimar el modelo pertinente. Para
definir las familias se deben tener en cuenta los siguientes factores: Uso,
importancia, tipo de superficie, zona, categoría de la sección, última fecha de
construcción y PCI. La figura 2.8 presenta un ejemplo de la definición de
Figura 2.8 Definición de familias (Shahin et al, 2005)
2.6.1 Desarrollo de modelos de predicción utilizando la técnica de Extrapolación en línea recta
Es la predicción de condición más simple, esta basada como su nombre lo
dice, en una extrapolación por medio de una línea recta que sigue la tendencia
de los dos últimos puntos de condición conocidos. Esta técnica puede ser
utilizada únicamente para una sección y no puede ser generalizada para un
grupo de secciones. Se asume que las políticas de mantenimiento y
características como el tráfico no sufrirán ningún tipo de cambio en el tiempo.
USO DEL PAVIMENTO
PISTAS DE ATERRIZAJE
VÍAS DE TRANSITO
APARCADEROS HELIPUERTOS CARRETERAS PARQUEADEROS ÁREAS DE ALMACENAMIENTO CONCRETO ASFÁLTICO
CONCRETO DE CEMENTO PORTLAND (PCC)
CAPA DE CONCRETO ASFALTICO SOBRE PCC
CAPA DE CONCRETO ASFÁLTICO SOBRE CONCRETO ASFÁLTICO TIPO DEL PAVIMENTO IMPORTANCIA DEL PAVIMENTO PRIMARIA PRIMARIA PRIMARIA PRIMARIA SECUNDARIA SECUNDARIA SECUNDARIA SECUNDARIA TERCIARIA TERCIARIA TERCIARIA TERCIARIA
Para ejecutar esta técnica es necesario hacer al menos una medición del
estado y la condición de la sección de pavimento, esto con el propósito de
tener mínimo dos puntos de referencia, ya que se debe conocer la fecha de
construcción de la sección.
La técnica de extrapolación en línea recta es usada principalmente para
predecir el comportamiento de la tasa de deterioro, para conocer si esta va a
crecer o decrecer tal como se muestra en la figura 2.9
Figura 2.9 Extrapolación en línea recta (Shahin et al, 2005)
Esta técnica es confiable únicamente para períodos cortos de tiempo (pocos
años) y no aplica para periodos amplios. De la misma forma no es
recomendable aplicarlo en secciones de pavimento nuevas o recién
rehabilitadas.
2.6.2 Desarrollo de modelos de predicción utilizando la técnica de Regresión
Este análisis es usado para establecer una relación empírica entre dos o más
respectiva. Varios análisis de regresión son usados, aunque la forma más
simple es la regresión lineal entre dos variables cuyo modelo se describe como:
i i
i X
Y DE H (Ecuación 2.1)
Donde:
Y = Variable dependiente, o sea, el índice de condición
X = Variable independiente, que es el tiempo desde la ultima rehabilitación
mayor
İ = Error de predicción
Į, ȕ = Parámetros de regresión
El valor esperado de Yi, E(Yi), para cada valor de Xi puede ser entonces
determinado como:
i
i Y X
Y
E( ) ˆ DˆEˆ (Ecuación 2.2)
Donde:
Yˆ,
D
ˆ y Eˆ, son estimados de Yi, Į, y ȕ respectivamente.Los valores de
D
ˆ y Eˆ son determinados por la suma de los errores alcuadrado entre el valor observado de Y y su estimado Yˆ, a este valor se le
llama s y esta dado por:
>
@
¦
n i i i Y Y s 1 2ˆ (Ecuación 2.3)
>
@
¦
n i i i X Y s 1 2 ˆ ˆ ED (Ecuación 2.4)
Donde:
El método explicado anteriormente es conocido como “mínimos cuadrados”, El
valor de Dˆ y Eˆ son determinados calculando la derivada parcial de s con
respecto a Dˆ y Eˆ en la ecuación 2.4, igualando a 0. Lo anterior conlleva a lo
siguiente:
X
Y E
Dˆ ˆ (Ecuación 2.5)
2
) (
) )( (
ˆ
¦
¦
X X
Y Y X X
i i i
E (Ecuación 2.6)
Donde X y Y son los valores promedio de X y Y respectivamente. Dˆes el
intercepto de la línea que mide el valor estimado de Y cuando X = 0.
Eˆ es la pendiente de la línea que mide el valor estimado de Y correspondiente
a un cambio de una unidad en el valor de X. Lo anteriormente explicado se
muestra gráficamente en la figura 2.10.
Figura 2.10 Línea de regresión obtenida del método de los mínimos cuadrados (Shahin et al, 2005)
Hay que anotar que una regresión no lineal puede ser necesaria cuando la
relación entre X y Y no es lineal. En la figura 2.11 se muestra una relación
típica entra la condición y el tiempo de vida de un pavimento. Se observa que al
en sus primeros años y en contraste en la última parte de su vida útil se
sobreestima su condición.
Una relación no lineal puede ser analizada como una regresión lineal,
transformando la variable X en una función, E(Y) DˆEf(x), donde f(x) es una
función de x tal como x2 o Ln (x). Modelos polinomiales de mínimos cuadrados
también pueden ser una opción poderosa para el desarrollo de modelos de
predicción de deterioro.
El desarrollo de este tipo de modelos no será explicada ya que el objetivo de
este proyecto de grado no es darle explicación a estos, sino mostrar de forma
general el desarrollo completo del modelo de manejo de pavimentos.
Figura 2.11 Relación no lineal entre el PCI y Edad del pavimento (Shahin et al, 2005)
2.7 Verificación de datos
Los datos recogidos y utilizados deben ser verificados para comprobar su
veracidad, consistencia y precisión. Una de las herramientas mas comunes es
graficar las variables PCI vs. Edad para cada una de las familias definidas y
Si el PCI aumenta con el tiempo, y su incremento es mayor a 20 puntos se
puede considerar este caso como un error y debe ser filtrado de la información.
Esto se puede comprender como un error en los datos de entrada, (p.e. Una
errónea última fecha de construcción LCD en alguna de las secciones
definidas)
Una alternativa para la verificación de datos es la definición de límites máximos
y mínimos a lo largo de la vida útil del pavimento, estos límites dependen de la
experiencia obtenida de bases de datos anteriores de buen comportamiento.
Aunque en casos especiales se debe contar con el criterio profesional para
definir los límites pertinentes. La figura 2.12 muestra una gráfica típica de PCI
vs. Edad con sus respectivos límites y puntos obtenidos.
Figura 2.12 Gráfico PCI vs. Edad (Micro Paver 5.2)
2.8 Obtención de costos unitarios de M&R localizada
Es necesario calcular el costo unitario de M&R localizada para así desarrollar el
programa a ejecutar en el primer año y determinar el impacto que tiene la
reparación localizada sobre el PCI y los costos del proyecto. Ejemplos de este
tipo de trabajos son sellado de grietas y reparcheo. Hay que anotar que para
(p.e. Asfalto vs. Concreto), uso (p.e. Pista de aterrizaje vs. Aparcadero) e
importancia del pavimento (p.e. Arteria vs. Residencial)
2.9 Obtención de costos unitarios de M&R global y su frecuencia de aplicación
El tratamiento superficial es benéfico cuando es aplicado correctamente y en el
tiempo justo. Se deben contemplar todas las posibilidades de tratamientos a
realizar para que se pueda obtener la planeación de trabajo apropiada.
Dependiendo del tipo de tratamientos (p.e. Tratamiento superficial del
agregado, Fogueo de sellante, etc.) se deriva la frecuencia a la que debe ser
ejecutada y su impacto en los costos.
2.10 Desarrollo de modelos de PCI vs. Costos
Las curvas de PCI vs. Costos deben ser realizadas para M&R localizado de
seguridad, M&R localizado preventivo y M&R mayor. Más de una curva para
cada uno debe ser desarrollada y de esta forma reflejar la relación del costo
con respecto al tipo, uso e importancia de pavimento.
2.11 Análisis de condición
El análisis de condición es necesario para estimar la condición pasada,
presente y futura (asumiendo únicamente M&R temporal). Este análisis se
puede presentar gráficamente por medio de curvas, cuadros o diagramas de
2.12 Planeación de trabajo
Este es uno de los componentes más importantes, este análisis tiene como
consecuencia el desarrollo de las siguientes habilidades:
x Determina los requerimientos anuales de trabajo localizado a realizar
(p.e. Sellado de grietas y reparcheo).
x Determina la categoría óptima de M&R (Localizada, global o mayor) para
cada sección de pavimento, para cada año, ajustándolo al análisis de
presupuesto anual realizado.
x Determina las consecuencias de diferentes niveles presupuestales sobre
la condición del pavimento y el retrazo de M&R mayor.
x Determina los requerimientos presupuestales necesarios para alcanzar
los objetivos de manejo deseados.
2.13 Formulación de proyectos de M&R y determinación de
prioridades
Las habilidades obtenidas en el proceso de planeación de trabajo permiten
formular proyectos que estarían en la capacidad de incluir más de una sección
de pavimento y más de un tipo de trabajo. Estos proyectos pueden ser
3. EL SISTEMA DE MANEJO DE PAVIMENTOS EN BOGOTÁ
3.1 Necesidad
El sistema de manejo de pavimentos busca cambiar las antiguas costumbres y
presenta una propuesta innovadora basándose en la premisa: Las redes de
pavimentos deben ser gerenciadas o manejadas actualmente, no simplemente
mantenidas (Shahin et al, 2005).
Al aplicar el sistema de manejo de pavimentos se busca implementar
actividades que al trabajar conjuntamente entreguen resultados satisfactorios
tanto en la condición estructural y operacional del pavimento, como en el
manejo óptimo de los recursos financieros de los proyectos de M&R. Las
actividades que se deben realizar para cumplir estos objetivos son las
presentadas en el capítulo 2 de este documento. El subsistema de la malla vial
de Bogotá cuenta con la distribución mostrada en la figura 3.1 con un total de
14.505 km-carril de vía inventariados a Diciembre de 2005.
Figura 3.1 Resultado porcentual de la clasificación de las vías del Subsistema Vial de Bogotá D.C (IDU, Diciembre de 2005)
La malla vial en buen estado de la ciudad se ha reducido ya que según el
inventario y diagnóstico de la malla vial realizado por el IDU, a diciembre de
del 2,29 % con respecto al año 2003. Sumado a esto, la malla vial en mal
estado pasó de 40,25% en 2003 a 49,36% en 2004 lo que hace evidente el
deterioro progresivo en la malla vial de la ciudad. En las mallas viales local e
intermedia el porcentaje en buen estado solo es del 18,52% y el 12,86%
respectivamente. Por el contrario, la malla vial arterial que está en buen estado
es un 62,86%.
A continuación se muestra el inventario y diagnóstico del subsistema vial de
Bogotá por cada uno de sus componentes:
Figura 3.2 Inventario y diagnóstico del subsistema vial de Bogotá (IDU, Diciembre de 2005)
Es importante aclarar, que desde el año 2000 la malla vial en buen estado en la
ciudad ha sido cercana al 28% y debido a restricciones presupuestales no es
posible que este porcentaje aumente, dado que no se cuenta con un plan de
financiación a largo plazo. Por esta razón, tanto esta Administración Distrital
como la anterior, solo se comprometieron a garantizar que este porcentaje de
la malla vial siga en buenas condiciones y no se deteriore. (Casa editorial EL
Lo anteriormente citado deja clara la necesidad que tiene la ciudad de Bogotá
de implementar un sistema de manejo de pavimentos óptimo, principalmente
para mejorar el estado de la malla vial y plantear alternativas para la solución
del problema existente hasta hoy ya que este permite crear programas
organizados a mediano y largo plazo tanto para la programación de políticas de
mantenimiento como para estimación de las necesidades presupuestales o en
su defecto el ajuste del modelo a las limitaciones presupuestales existentes.
3.2 Variables
El sistema de manejo de pavimentos fue desarrollado en Estados Unidos y
algunos de sus componentes principales fueron ajustados a las condiciones
locales ya que estas representan factores importantes en el desarrollo de la
condición de los pavimentos allí encontrados.
La herramienta más importante en la que el modelo basa su eficiencia y
eficacia son los modelos de predicción de deterioro, estos deben ser ajustados
a factores relevantes como el clima o a condiciones propias de la locación en
donde se quiera implementar el modelo.
Es por esto que las variables del clima y el tipo de suelo que se encuentran en
la ciudad de Bogotá deben ser tenidos en cuenta al momento de adoptar el
sistema de manejo de pavimentos en la ciudad.
Para el caso de este proyecto de grado no se efectuarán estos ajustes ya que
no es el objetivo principal de este estudio y este tema necesita de un análisis
detallado y profundo que puede ser el objetivo de una investigación
Las siguientes variables pueden representar cambios importantes en los
modelos de predicción de deterioro al momento de ajustarse a las mismas y
serán descritas brevemente a continuación.
Clima
El comportamiento climático de los Estados Unidos en donde fue desarrollado
el sistema de manejo de pavimentos presenta los siguientes valores promedio
medidos en 30 años en las diferentes estaciones climáticas del País:
Figura 3.3 Temperaturas promedio mensuales de Estados Unidos (National Climatic Data Center, 2001)
Los valores están presentados en °F y presentan como promedio anual de
temperatura 54.6 °F (12.5 °C) con una desviación estándar de 14.5, esto
comparativamente con la ciudad de Bogotá donde se encontró la necesidad de
implementar el sistema de manejo de pavimentos y se presenta una
temperatura anual promedio de 15°C que no tiene grandes variaciones debido
a que no se presenta el fenómeno de las estaciones. Se recomienda entonces
que el sistema de manejo de pavimentos y principalmente su herramienta de
modelos de predicción de deterioro, sean ajustados a las condiciones
climáticas para tener un nivel de certeza mayor en los resultados obtenidos.
Tipo de suelo (Arcillas expansivas)
En la ciudad de Bogotá, en la mayoría de su suelo se encuentran arcillas cuyas
figura 3.4 que muestra los resultados de un ensayo de clasificación realizado
por la Universidad del Cauca para arcillas expansivas.
Figura 3.4 Resultado de ensayos para suelos similares a los encontrados en Bogotá (Universidad del Cauca, 2003)
De la misma forma se realizaron ensayos de compactación y CBR para este
material cuyos resultados se muestran en la figura 3.5
Figura 3.5 Resultado de ensayos de compactación y CBR para arcillas expansivas (Universidad del Cauca, 2003)
La mayoría del área de Bogotá está cubierta de suelos arcillosos con altos
potenciales expansivos como se observa en la figura 3.5 donde se presentan
expansiones del 5.71 % y 9.39 %. Este comportamiento depende de la
humedad durante temporadas de lluvia donde se presenta hinchamiento de las
arcillas e igualmente de las temporadas secas donde se contraen las mismas.
Según la revista de la cámara costarricense de la construcción, en las obras
cimentadas en arcillas expansivas que tienden a expandirse o a contraerse
podrían ocurrir daños estructurales, que en algunos casos han llegado a
producir el colapso de la obra” (Batalla O. Mauricio, 2006).
La presencia de arcillas expansivas trae como consecuencia un aumento en las
tasas de deterioro que su vez afectan los modelos de predicción y la
implementación del sistema de manejo de pavimentos.
Las fotografías mostradas en la figura 3.6 exponen los daños típicos
ocasionados por la acción de las arcillas expansivas en las estructuras de
Figura 3.6 Fotografías de daños causados por arcillas expansivas
3.3 Beneficios esperados
Los siguientes son los beneficios esperados para una hipotética
implementación del sistema de manejo de pavimentos en la ciudad de Bogotá.
1. Proveer la información necesaria a las entidades encargadas del
manejo de los pavimentos locales para la determinación de
presupuestos.
2. Maximizar el retorno en la inversión del presupuesto disponible para
M&R.
Como se muestra en la figura 1.1 el mantenimiento pobre de los
pavimentos tiene como consecuencia una disminución significativa de la
condición en un pequeño porcentaje de la vida útil del mismo. Así mismo
soporta la idea que la implementación sistematizada de un manejo de
pavimentos que permita mantener la condición por encima de la
condición mínima puede llegar a significar ahorros hasta del 50% en los
La figura 3.7 ilustra igualmente que al permitir que la condición del
pavimento se encuentre por debajo de las condiciones mínimas o PCI
crítico se obtendrán costos altos de M&R que no permiten la adopción
de políticas de M&R sostenibles en períodos largos de tiempo que se
ajusten a programas de financiación de largo plazo.
Figura 3.7 Costos de M&R dependiendo de la Edad y condición del pavimento (Oregon Department of Transportation, 2006)
La interpretación de las figuras 1.1 y 3.7 permite concluir que al
mantener los pavimentos sobre los niveles mínimos de condición se
obtendrán reducciones importantes en los costos y se maximizará el
retorno de la inversión para los trabajos de M&R.
Es importante anotar que este punto es quizás uno de los más
importantes a tener en cuenta en la ciudad de Bogotá ya que como se
indicó anteriormente, en la actualidad no se ha podido realizar un plan
presupuesto destinado para M&R es limitado y que la condición de la
malla vial de la ciudad esta por debajo de las condiciones mínimas.
3. Crear al menos un plan priorizado por 5 años.
4. Establecer requerimientos mínimos de la condición de pavimento.
5. Identificar áreas necesitadas de mantenimiento.
6. Justificar los proyectos de M&R.
7. Proveer el criterio para la correcta distribución del presupuesto entre las
4. IMPLEMENTACION DE UN MODELO DE MANEJO DE PAVIMENTOS EN BOGOTA
A continuación se presentarán dos de los casos más comunes en la ciudad de
Bogota (Pavimento rígido y Pavimento flexible) en los que se ha implementado
el modelo de manejo de pavimentos, esto con el propósito de evaluar la
aplicabilidad del PMS al caso particular Bogotano.
4.1 CASO PAVIMENTO FLEXIBLE AV. SAN JOSÉ (CALLE 170)
Para el desarrollo de este caso se ha escogido la Avenida San José, ubicada
en la Calle 170 al norte de la ciudad, que se extiende de oriente a occidente
desde la carrera séptima hasta la Av. Boyacá (Carrera 66) tal como se muestra
en al figura 4.1.