Análisis de la viabilidad de la Ruta 156 de la madera

Texto completo

(1)MPyGI. UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA CIVIL. PROYECTO FIN DE MÁSTER. “PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS”. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Autor: JUAN IGNACIO RIVERA BARRIENTOS. Tutor: FERNANDO VARELA SOTO. Fecha Junio 2018.

(2) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. RESUMEN Título: Análisis de viabilidad de la Ruta 156 de la Madera Palabras clave: carreteras, viabilidad, firmes, capacidad, Niveles de Servicio, Concesión, Administración, gestión, Project Finance, subvención, Chile.. La Ruta 156 de la Madera es una vía de considerable importancia estratégica dentro de la Región del Biobío (Chile), otorgando una conectividad fundamental al desarrollo productivo de la Zona Metropolitana del Gran Concepción hacia la zona Centro-Sur de este país. Siendo unas de las primeras vías concesionadas de Latinoamérica, en 2013 pierde dicha condición por bajos flujos y altos costos, presentándose poco rentable para los inversionistas, revirtiéndose su tuición a la Administración. No obstante, debido a factores externos, en los últimos 4 años se ha experimentado un aumento de tráfico sostenible, en especial de vehículos pesados, lo cual ha provocado varios inconvenientes, como un aumento de las solicitaciones a los firmes derivando en un nivel de deterioro evidente de la calzada, aumento de la tasa de accidentes y tramos que poseen Niveles de Servicio desmejorados; es necesario proponer alternativas de mejora a la vía que permita una adecuada viabilidad de la infraestructura. Es así que, a partir de la información disponible, se procederá a proponer distintas alternativas preliminares de mejoramiento de la vía acorde a los flujos vehiculares actuales y futuros, características geométricas de la vía, capacidad de resistencia existente del suelo y nivel de deterioro de los firmes existentes, entre otras variables. Luego de definidas sus características y costos asociados, a partir de cuales se plantearán estrategias de gestión de la infraestructura, buscando las más óptimas desde el punto de vista de la Administración, que permitan lograr una viabilidad adecuada a la Ruta. Las estrategias de gestión de la vía -según las alternativas de intervención propuestas- serán estudiadas a través de escenarios de viabilidad. Como resultado del estudio, se recomienda la ejecución de la Alternativa que considera una Doble Calzada en un primer tramo (km 0,00 a 45,00) y rehabilitación de los firmes de la calzada existente en el restante tramo (km 45,00 a 108,00), en un escenario donde la gestión de construcción, operación y explotación de la infraestructura sea través de un Contrato de Concesión a 20 años, que debe considerar una subvención a la construcción -al Concesionario adjudicado – por un monto de 91.500.000 € por parte de la Administración.. 1 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(3) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. ABSTRACT Title: Viability Analysis of Route 156 Keywords: roads, viability, pavements, capacity, Service Levels, Concession, Administration, management, Project Finance, subsidy, Chile. Route 156 de la Madera is a road of considerable strategic importance within the Biobío Region (Chile), granting a fundamental connectivity to the productive development of the Greater Concepción Metropolitan Area towards the Central-South zone of this country. Being one of the first concessioned roads in Latin America, in 2013 it lost that condition due to low flows and high costs, which was not very profitable for investors, reverting its tuition to the Administration. However, due to external factors, in the last 4 years there has been an increase in sustainable traffic, especially of heavy vehicles, which has caused several inconveniences, such as an increase in the loads on the pavements resulting in a deterioration level evident of the road, increase in the accident rate and sections that have deteriorated Service Levels; it is necessary to propose alternatives for improvement to the road that allows an adequate viability of the infrastructure. Thus, based on the available information, it will proceed to propose different preliminary alternatives to improve the road according to current and future vehicle flows, geometric characteristics of the road, existing resistance capacity of the soil and level of deterioration of the existing pavement, among other variables. After defining its characteristics and associated costs, from which infrastructure management strategies will be considered, looking for the most optimal from the point of view of the Administration, which will allow achieving an adequate viability to the Route. The road management strategies -according to the proposed intervention alternatives- will be studied through viability scenarios. As a result of the study, it is recommended the execution of the Alternative that considers a Double Road in a first section (km 0.00 to 45.00) and rehabilitation of the pavement of the existing road in the remaining section (km 45.00 a 108.00), in a scenario where the management of construction, operation and exploitation of the infrastructure is through a 20-year Concession Contract, which must consider a construction subsidy - to the awarded Concessionaire - for an amount of 91,500. € 000 by the Administration.. 2 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(4) ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. MPyGI. ÍNDICE 1.. INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 11. 2.. ANTECEDENTES GENERALES....................................................................... 13. 3.. 2.1.. UBICACIÓN Y ENTORNO ........................................................................... 13. 2.2.. CARACTERIZACION DE LA VÍA ............................................................... 14. 2.3.. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA VÍA ....................................................... 20. 2.4.. ESTUDIO DE TRÁFICO ................................................................................ 24. METODOLOGÍA ................................................................................................. 34 3.1.. PROPOSICIÓN DE ALTERNATIVAS PRELIMINARES DE. MEJORAMIENTO ..................................................................................................... 34 3.1.1.. Alternativa de intervención A ................................................................... 35. 3.1.2.. Alternativa de intervención B ................................................................... 36. 3.1.3.. Alternativa de intervención C ................................................................... 37. 3.1.4.. Alternativa de intervención D................................................................... 39. 3.1.5.. Alternativa de intervención E ................................................................... 40. 3.1.6.. Alternativa de intervención F ................................................................... 40. 3.2.. SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS DE INTERVENCIÓN ......................... 41. 3.3.. DESARROLLO DE ALTERNATIVAS DE INTERVECIÓN. SELECCIONADAS.................................................................................................... 43. 4.. 3.3.1.. Alternativa B+E........................................................................................ 43. 3.3.2.. Alternativa F ............................................................................................. 60. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................ 64 4.1.. ESCENARIOS DE VIABILIDAD .................................................................. 64. 4.1.1.. Escenario 1 ............................................................................................... 64. 4.1.2.. Escenario 2 ............................................................................................... 66. 4.1.3.. Escenario 3 ............................................................................................... 76. 3 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(5) MPyGI. 4.2.. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. COMPARACIÓN DE ESCENARIOS DE VIABILIDAD ............................. 77. 5.. CONCLUSIONES ................................................................................................. 79. 6.. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 82. 7.. ANEJOS ................................................................................................................. 85. 7.1. ANEJO 1: PLANO GENERAL RUTA .................................................................. 85 7.2. ANEJO 2: MEDICIONES DE IRI .......................................................................... 87 7.3. ANEJO 3: MEDICIONES DE DEFLEXIONES .................................................... 99 7.4. ANEJO 4: DISEÑOS FIRMES POR MÉTODO AASHTO 93 ............................ 122 7.5. ANEJO 5: PROJECT FINANCE .......................................................................... 140. 4 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(6) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. ÍNDICE FIGURAS Figura 1. Plano de ubicación de Ruta 156 de la Madera .............................................. 13 Figura 2. Plano de ubicación de Ruta 156 de la Madera .............................................. 14 Figura 3. Disposición de pistas en la Ruta 156 de la Madera. Fuente propia ............... 15 Figura 4. Perfil tipo de la Ruta 156 de la Madera. Fuente propia ................................. 16 Figura 5. Esquema de tráficos para cada tramo de la Ruta, expresados en TMDA (veh/día-año)................................................................................................................... 17 Figura 6. Tramo de Ruta 156 de la Madera. Fuente propia ........................................... 18 Figura 7. Rutas alternativas a Ruta 156 de la Madera .................................................. 19 Figura 8. Fotografía de la Ruta a mediados de 1960 ..................................................... 20 Figura 9. Daños sufridos en la Ruta en el Terremoto del 27/F 2010............................. 21 Figura 10. Gráfico del comportamiento de los Flujos Vehiculares en la Ruta 156 dado los distintos hitos ocurridos entre 2012 al 2017 ............................................................. 22 Figura 11. Trabajos de Conservación en la Ruta 156 de la Madera, año 2018 ............. 23 Figura 12. Puntos Censales del Plan Nacional de Censos de la Dirección de Vialidad. 25 Figura 13. Pasadas totales de vehículos pesados en la plaza de pesaje entre 2014 -2017 ........................................................................................................................................ 29 Figura 14. Trazado de la alternativa A .......................................................................... 35 Figura 15. Sección tipo alternativa A. ........................................................................... 35 Figura 16. Trazado de la alternativa B .......................................................................... 36 Figura 17. Perfil tipo 1 de la alternativa B .................................................................... 37 Figura 18. Perfil tipo 2 de la alternativa B .................................................................... 37 Figura 19. Trazado de la alternativa C .......................................................................... 38 Figura 20. Perfil tipo 1 de la alternativa C .................................................................... 38 Figura 21. Perfil tipo 2 de la alternativa C .................................................................... 39 Figura 22. Trazado de la alternativa D .......................................................................... 39 Figura 23. Sección tipo alternativa D ............................................................................ 39 Figura 24. Sección tipo alternativa E ............................................................................ 40 Figura 25. Esquema de alternativa de Solución (B+E) ................................................. 43 Figura 26. Firme asfáltico sobre base y subbase granular ............................................. 44 Figura 27. Pasadas totales de vehículos pesados en la plaza de pesaje entre 2014 -2017 ........................................................................................................................................ 47 5 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(7) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Figura 28. Evolución de deflexiones, según actuaciones de Conservación en 20 años – alternativa B+E ............................................................................................................... 58 Figura 29. Inversiones de Conservación forzada, recomendada y acumulada anualmente. ..................................................................................................................... 59 Figura 30. Indicadores de rentabilidad para caso 1 ....................................................... 71 Figura 31. Gráficas de rentabilidad para caso 1 ............................................................ 71 Figura 32. Indicadores de rentabilidad para caso 2 ....................................................... 72 Figura 33. Gráficas de rentabilidad para caso 2 ............................................................ 72 Figura 34. Indicadores de rentabilidad para caso 3 ....................................................... 73 Figura 35. Gráficas de rentabilidad para caso 3 ............................................................ 73. 6 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(8) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. INDICE TABLAS Tabla N° 1. Resumen de parámetros geométricos de Ruta 156 de la Madera .............. 15 Tabla N° 2. Resumen de espesores de estructura de firmes .......................................... 16 Tabla N° 3. Resumen de Módulos de Resiliencia de la subrasante de Ruta 156 .......... 16 Tabla N° 4. Tramos de la Ruta, con sus respectivos tráficos y Niveles de servicios .... 17 Tabla N° 5. Costos asociados a conservación de la Ruta entre 2014 a 2018. ............... 23 Tabla N° 6. Tarifas actuales de peaje de la Ruta 156 de la Madera. ............................. 24 Tabla N° 7. Antecedentes Plan Nacional de Censos y Producto Interno Bruto Histórico ........................................................................................................................................ 26 Tabla N° 8. Tasas crecimiento PIB Tendencial ............................................................. 27 Tabla N° 9. Tasas de crecimiento según modelos TMDA-PIB ..................................... 27 Tabla N° 10. Tasas de crecimiento Estudio Preliminar de Concesión Ruta de La Madera ............................................................................................................................ 28 Tabla N° 11. Pasadas totales de vehículos pesados de forma anual por plaza de peaje San Roque ....................................................................................................................... 28 Tabla N° 12. Estimación de tasas de crecimiento en plaza de peaje San Roque. Fuente: Dirección de Vialidad, 2018. .......................................................................................... 29 Tabla N° 13. Resumen de tasas de crecimiento estimadas ............................................ 30 Tabla N° 14. TMDA para el año 2017, para Ruta 156 según proyección realizada ..... 30 Tabla N° 15. Factores de carga para la Ruta 156 .......................................................... 31 Tabla N° 16. Determinación de Ejes Equivalentes para la tramificación propuesta (20 años) ............................................................................................................................... 32 Tabla N° 17. Determinación de Nivel de Servicio actual y a 20 años – Ruta 156 ........ 32 Tabla N° 18. Determinación de Nivel de Servicio proyectado a 20 años en vía unidireccional ................................................................................................................. 33 Tabla N° 19. Resumen de Alternativas preliminares de intervención para la Ruta 156 34 Tabla N° 20. Alternativas seleccionadas para su desarrollo y análisis .......................... 42 Tabla N° 21. Ejes Equivalentes para la tramificación propuesta (20 años) .................. 46 Tabla N° 22. Módulos Resiliente de Diseño para calzada sobre eje existente .............. 47 Tabla N° 23. Módulos Resiliente de Diseño para calzada Norte nueva a proyectar ..... 47 Tabla N° 24. Tramificación para efectos de diseño de firmes....................................... 48 Tabla N° 25. Niveles de Confianza y error estándar combinado .................................. 48 7 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(9) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Tabla N° 26. Resumen de espesores de firmes propuestos ........................................... 50 Tabla N° 27. Cantidades de obras y costos asociados al segmento doble calzada ........ 51 Tabla N° 28. Resumen de costo de inversión en segmento de doble calzada ............... 51 Tabla N° 29. Resumen de espesores de recarpeteo ....................................................... 53 Tabla N° 30. Cantidades de obras y costos asociados al segmento a rehabilitar .......... 53 Tabla N° 31. Resumen de costo de inversión en segmento de rehabilitación ............... 54 Tabla N° 32. Valores umbral de estado de la vía adoptados para Alternativa B+E ...... 55 Tabla N° 33. Actuaciones definidas por ÍCARO bajo la alternativa B+E para el horizonte de 20 años ....................................................................................................... 56 Tabla N° 34. Fallo por Deflexiones en el horizonte de 20 años .................................... 57 Tabla N° 35. Evolución de deflexiones, según actuaciones de Conservación en 20 años – alternativa B+E ............................................................................................................ 59 Tabla N° 36. Resumen de costos totales de Alternativa B+E ....................................... 60 Tabla N° 37. Valorización en caso de subvención total por parte de Administración .. 61 Tabla N° 38. Valorización en caso de subvención considerando copago de usuario .... 62 Tabla N° 39. Resumen de los costes de Alternativa F................................................... 63 Tabla N° 40. Escenario de viabilidad 1: Inversión por etapas ....................................... 65 Tabla N° 41. Hipótesis para todos los casos del escenario de viabilidad 2 ................... 69 Tabla N° 42. Hipótesis para todos los casos del escenario de viabilidad 2 ................... 70 Tabla N° 43. Valores a garantizar por parte de la Administración ................................ 75 Tabla N° 44. Valores de subvención para el escenario de viabilidad 3......................... 76 Tabla N° 45. Resumen de Escenarios de Viabilidad planteados para la Ruta 156........ 77. 8 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(10) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. INDICE ECUACIONES Ecuación 1: Estimación Ejes Equivalentes Acumulados .............................................. 31 Ecuación 2: Factor de Proyección de tráfico ................................................................. 31 Ecuación 3: Estimación de Ejes equivalentes al año 0 .................................................. 31 Ecuación 4: Cálculo de Ejes Equivalentes Totales........................................................ 45 Ecuación 5: Factor de número estructural ..................................................................... 45 Ecuación 6: Cálculo número estructural ....................................................................... 45 Ecuación 7: Relación de FWD con Viga Bekelman ..................................................... 52 Ecuación 8: Estimación de espesores de recarpeteo...................................................... 52. 9 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(11) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. ACRÓNIMOS Y ABREVIATURAS AASHTO : American Association of State Highway and Transportation Officials APP. : Asociación Público-Privada. BC. : Banco Central de Chile. BOT. : Contrato de Concesión Build, Operate and Transfer. C+2. : Camiones de dos o más ejes. C2. : Camiones de dos ejes. CBR. : California Bearing Ratio: Ensayo de Relación de Soporte de California. CCOP. : Coordinación de Concesiones de Obras Públicas de Chile. DIPRES. : Dirección de Presupuestos - Ministerio de Hacienda - Gobierno de Chile. DRV. : Dirección Regional de Vialidad. DV. : Dirección Nacional de Vialidad. EE. : Ejes Equivalentes. FWD. : Deflectómetro de Impacto. IMD. : Intensidad Media Diaria. INE. : Instituto Nacional de Estadísticas de Chile. IPC. : Índice de Precios al Consumidor. IRI. : Índice de Regularidad Internacional. LNV. : Laboratorio Nacional de Vialidad - Ministerio de Obras Públicas de Chile. MC. : Manual de Carreteras - Ministerio de Obras Públicas de Chile. MC-V3. : Manual de Carreteras - Volumen 3 - Ministerio de Obras Públicas de Chile. MOP. : Ministerio de Obras Públicas de Chile. MR. : Módulo de Resiliencia. NE. : Número Estructural. NS. : Nivel de Servicio. PIB. : Producto Interno Bruto. PNC. : Plan Nacional de Censos. TIR. : Tasa Interna de Retorno. TMDA. : Tránsito Medio Diario Anual. TRB. : Transportation Research Board - USA. VL. : Vehículos Livianos. 10 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(12) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. 1. INTRODUCCIÓN La conectividad se presenta como un elemento fundamental para el desarrollo económico, productivo y social dentro de un territorio determinado, esto a través de la dotación de infraestructura por parte del Estado –principalmente- con el fin del alcanzar dichos objetivos. En este sentido, dentro de Región de Biobío de Chile, se cuenta con la carretera llamada “Ruta 156 de la Madera”, la cual es catalogada como vía estructurante dentro de la red vial de dicho país, ofreciendo una gran influencia en la movilidad y accesibilidad dentro y fuera del mismo territorio. Esta carretera ha evolucionado de manera dinámica con el tiempo, siendo relativamente nueva en su construcción definitiva, presentándose como una de las primeras vías concesionadas de Latinoamérica, en el año 1994. No obstante, por diversos motivos ha perdido dicha condición, siendo retornada a la administración y gestión directa del Estado en su operación y explotación. Es así que, fuera de la tendencia mostrada en los últimos años, los flujos vehiculares han ido en aumento, en especial en lo que concierne a tráfico de vehículos pesados. No obstante, esto también ha traído consigo otros problemas como deterioros progresivos de la infraestructura (con aumento de la inversión en la mantención de la misma), problemas de congestión, aumento en la tasa de accidentes, mayor cantidad de reclamaciones por parte de la ciudadanía, entre otros aspectos. Es por ello que, para mantener y contribuir en la conectividad del territorio, es fundamental que la operatividad y funcionalidad de la vía no se vea afectada ni comprometida. Por tanto, es primordial que la Administración, en este caso representada por el Ministerio de Obras Públicas de Chile, cuente con propuestas de mejoras a la carretera, de tal manera de abordar las problemáticas presentes en la Ruta y además exhiba una gestión que asegure la viabilidad de la infraestructura en el tiempo. 1.1.. OBJETIVOS. El objetivo principal del presente Trabajo Fin de Máster (TFM) es llevar a cabo una revisión y análisis de la situación actual y futura de la Ruta 156 de la Madera (Chile), desde un punto de vista técnico-económico, de tal manera de recomendar líneas de acción que permitan otorgar una adecuada viabilidad a la carretera, como así también una conveniente gestión de la infraestructura a lo largo de su ciclo de vida. Como objetivos específicos del Trabajo de Fin de Máster, se tienen los siguientes aspectos: . Establecer la condición actual de la Ruta en cuanto a tráfico y capacidad, de tal manera de establecer el Nivel de Servicio actual de la Ruta y futuro en el horizonte de 20 años. 11. MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(13) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. . Definir y cuantificar alternativas de mejoras de la infraestructura, de tal manera que apunten a mejoras viables en el tiempo, permitiendo un desarrollo de la vía acorde a los niveles mínimos de servicio y seguridad.. . Determinar líneas de acción de conservación a futuro para la Ruta, en base a las propuestas realizadas, y cuantificarlas desde el punto de vista de obra y de costos.. . Estimar la inversión y rentabilidad de cada propuesta, de tal manera que sus resultados sirvan de recomendación para que la administración pueda tomar la decisión más conveniente para la viabilidad de la Ruta.. 1.2.. ESTRUCTURA DEL TRABAJO. El siguiente estudio se divide en 5 bloques generales: Introducción, Antecedentes Generales, Metodología, Análisis de Resultados-discusión y Conclusiones. Dentro de cada bloque, se contienen los puntos necesarios para entender de un modo más detallado el análisis realizado. Dentro del primer bloque se explica el objeto del estudio, así como los objetivos específicos los que se espera lograr. En los Antecedentes generales se ha dado a conocer aspectos contextuales en los cuales está inserta la vía, como sus características geométricas, de tráfico, suelo, meteorológicas, entre otros. Además, se realiza un análisis cronológico de su evolución en el tiempo, en cuanto a inversión asociadas y cuestiones administrativas. En este mismo bloque se presenta un estudio de tráfico, el cual permite establecer el flujo actual, futuro y su nivel de servicio asociado. Esto será la base para las siguientes secciones de estudio. En la metodología, a partir de la información disponible, se procederá a proponer distintas alternativas preliminares de intervención de la vía. De este modo, luego se definirán sus características y costos asociados, derivando de ello el planteamiento de distintos escenarios de solución, lo que permitirá tener un panorama general de la situación, de tal manera de realizar luego un análisis de viabilidad de la Ruta, desde un punto de vista técnico-económico Posteriormente, en el bloque de Análisis de Resultados, se analizarán la información obtenida de las alternativas de intervención propuestas y seleccionadas, a partir de cuales se buscará definir estrategias de gestión de la infraestructura, buscando las más óptimas desde el punto de vista de la Administración, que permitan lograr una viabilidad adecuada a la Ruta.. 12 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(14) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. 2. ANTECEDENTES GENERALES 2.1. UBICACIÓN Y ENTORNO La Ruta 156 de la Madera es una vía localizada en la zona centro-sur de Chile, en la Región del Biobío, cuyo eje vial principal conecta a la zona Metropolitana de Concepción con las localidades ubicadas al sur oriente de la capital penquista, como las comunas de Santa Juana, Nacimiento, Negrete, Los Ángeles -entre otros-, teniendo como punto final la Ruta 5 Sur, permitiendo principalmente la conectividad entre las áreas industrialescomerciales y portuarias del Gran Concepción con las diversas actividades del CentroSur de Chile.. Figura 1. Plano de ubicación de Ruta 156 de la Madera (INGEROP-GHISOLFO, 2017) La vía está se encuentra situada en la llamada Región del Biobío, la cual es una de las quince Gobernaciones Regionales en que se divide la República de Chile. Su capital es Concepción, justamente donde se sitúa el inicio de la Ruta de la Madera., contando con una población de 2.037.414 (INE, 2018), siendo la segunda región más habitada de Chile, después de la Región Metropolitana (Santiago).. 13 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(15) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. La Región del Biobío es una zona cuyas actividades económicas principales son la forestal y la pesca, y en forma secundaria la agricultura, la industria manufacturera y los servicios, representando en total el 7,1 % del PIB nacional (Banco Central de Chile, 2017). La conurbación del Gran Concepción es el núcleo urbano más grande de la región del Biobío, con más de un millón de habitantes, que ofrece servicios comerciales, turísticos, educacionales y sanitarios. Es así que la vía está emplazada en una zona de carácter principalmente forestal, encontrándose en ambos extremos del eje, es decir San Pedro de la Paz y Nacimiento, dos de las celulosas más grandes del país, además de zonas de distribución maderera dentro del mismo trazado de la infraestructura. Del mismo modo, por tratarse de uno de los accesos principales a la zona metropolitana del Gran Concepción, que agrupa puertos, áreas comerciales e industriales, presenta una composición de vehículos pesados de magnitud considerable.. Figura 2. Plano de ubicación de Ruta 156 de la Madera (Dirección de Vialidad, 2016a). 2.2. CARACTERIZACION DE LA VÍA Geometría Se trata de una vía clasificada como Carretera Primaria (Ministerio de Obras Públicas, 2016) de longitud de 108,4 kilómetros, de calzada bidireccional de dos pistas -que considera terceras pistas o pistas lentas en zonas de cuestas en ciertas áreas- con plataforma de 10 metros de ancho promedio, pavimentada con mezcla asfáltica con arcenes pavimentados de ancho promedio 1,0 m y una velocidad de diseño de 70 km/h. La infraestructura incluye los Bypass ubicados en Santa Juana (2,7 km de longitud) y en 14 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(16) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Coigüe (0,726 km de longitud), un paso superior en esta última localidad y ocho puentes de hormigón armado. Tabla N° 1. Resumen de parámetros geométricos de Ruta 156 de la Madera Elemento Datos Unidad 108,7 km Longitud 100 km/h Velocidad Operación Primaria Categoría de vía 1,0 Calzadas 2 (+1 lenta) N° Pistas 3,5 m Ancho Pista 1,0 m Ancho Arcén (Promedio) 10,0 m Ancho Plataforma (Promedio) De acuerdo a la nomenclatura de la Dirección de Vialidad, la numeración de las pistas utilizada en este informe se esquematiza en la Figura 3.. Figura 3. Disposición de pistas en la Ruta 156 de la Madera. Fuente propia Cabe señalar que en el km 74 de la vía, entre los límites de las Comunas de Santa Juana y Nacimiento, se encuentra el único peaje de la carretera (manual) denominado “San Roque”. En cuanto a la materialidad de la carretera, la estructura de firmes está compuesta principalmente por una capa de concreto asfaltico más una capa base granular, en toda su extensión. Los espesores de dichas capas se resumen en la Tabla N° 2. Cabe señalar que la vía posee un IRI promedio de 2,27 m/km., medido a septiembre 2017 por el Laboratorio Nacional de Vialidad (Laboratorio Nacional de Vialidad, 2017).. 15 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(17) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Tabla N° 2. Resumen de espesores de estructura de firmes (Laboratorio Nacional de Vialidad, 2017) Capa Asfáltica Capa Granular Km inicio Km término (cm) (cm) 0,000 12,000 13 18 12,000 18,000 20 30 18,000 21,600 20 40 21,600 33,000 20 50 33,000 45,000 20 35 45,000 48,000 25 40 48,000 79,000 6 51 79,000 91,000 10 17 91,000 99,400 13 25 99,400 102,700 13 40 102,700 108,700 13 35 Espesores Promedio 16 35. Figura 4. Perfil tipo de la Ruta 156 de la Madera. Fuente propia Como antecedente a tener en consideración, la capacidad de soporte de la subrasante, obtenida a través de ensayos de Deflectometría (Laboratorio Nacional de Vialidad, 2017), se resume a través de la Tabla N° 3 Tabla N° 3. Resumen de Módulos de Resiliencia de la subrasante de Ruta 156 Km inicio Km término MR promedio Desviación CV (%) Estándar 0,000 12,000 50,4 12,9 25% 12,000 26,700 111,3 34,4 31% 26,700 41,800 83,0 19,4 23% 41,800 70,800 106,8 24,3 23% 70,800 91,000 133,3 32,7 24% 91,000 108,000 49,9 10,9 22%. 16 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(18) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Tráfico La Ruta 156 presenta una heterogeneidad en cuanto a la distribución de tráfico a lo largo del eje, teniendo un flujo diario considerable en su inicio, dado principalmente por la fuerte fricción lateral presente en los primeros 10 km, donde se emplazan vastas zonas residenciales y comerciales, para luego a medida que se desarrolla su extensión, el flujo va decayendo progresivamente. En la Tabla N° 4 se resumen los flujos de tráficos al 2017, agrupados por tramos homogéneos. En la sección 2.4 de Estudio de Tráfico –más adelante- se detallará el desarrollo y análisis de ésta variable. Tabla N° 4. Tramos de la Ruta, con sus respectivos tráficos y Niveles de servicios Km inicio. Km termino. VL. 0,000 12,000 26,700 41,800 70,800. 12,000 26,700 41,800 70,800 108,000. 9567 3649 3687 2508 1688. C2. C+2. 524 999 334 1027 237 923 245 882 294 1211. BUS TMDA Capacidad 308 185 165 58 62. 11398 5195 5013 3692 3256. 82,00% 31,30% 31,70% 21,50% 14,50%. Nivel de Servicio Actual E C C A A. Figura 5. Esquema de tráficos para cada tramo de la Ruta, expresados en TMDA (veh/día-año). La teoría de Capacidad de Carreteras desarrollada por el Transportation Research Board de Estados Unidos (TRB, 2010), constituye una herramienta para analizar la calidad del servicio o Nivel de Servicio (NS) que es de esperar para el conjunto de vehículos que operan en una carretera de características dadas. Asimismo, esta carretera clasifica como una vía Primaria, según la categorización de vía propuesta por el Manual de Carreteras (Ministerio de Obras Públicas, 2016). Por lo tanto, vistos los tráficos pasantes de la ruta y a las capacidades actuales de los tramos, es que se puede desprender que se tiene un tramo con un NS tipo “E”, el cual se considera como un tramo inestable de una saturación vehicular alta, con volúmenes cercanos a la capacidad de la vía. Las restricciones temporales al flujo pueden causar fuertes disminuciones de la velocidad de operación. Los conductores tienen poca libertad para. 17 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(19) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. maniobrar, poca comodidad en el manejo, pero estas condiciones pueden tolerarse por cortos períodos de tiempo. El resto de los tramos presenta Niveles de Servicios C y A aun la condición de flujo es estable, pero las velocidades y la maniobrabilidad están íntimamente controladas por los altos volúmenes de tráfico. La mayoría de los conductores no puede seleccionar su propia velocidad. Condiciones ambientales La carretera se encuentra ubicada en la zona Centro-Sur de Chile, en la Región del Biobío, que se inicia en San Pedro de la Paz, localidad costera a nivel del mar. Luego se desarrolla por la ribera Sur del río Biobío, atravesando la Cordillera de la Costa hasta la ciudad de Nacimiento. Según los datos entregados por el Manual de Carreteras (Ministerio de Obras Públicas, 2016), es necesario tener en consideración los siguientes antecedentes climatológicos. Temperaturas Medias Anuales (TMAPA) Precipitación Media Anual (PPA) Velocidad Viento Anual Cantidad de días con PP> 5 mm. : : : :. 12,8 1087,2 9,1 78. °C mm Nudos Días. Figura 6. Tramo de Ruta 156 de la Madera. Fuente propia Rutas alternativas Dentro del área de influencia en la cual está inmersa la ruta, existen vías alternativas de circulación a ésta, y que pueden presentarse como opciones directas de tránsito entre el Gran Concepción hacia la zona Centro Sur. 18 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(20) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. En la Figura 7, se pueden apreciar las vías que poseen algún tipo de influencia sobre la Ruta 156 de la Madera y se presentan como una alternativa de circulación.. Figura 7. Rutas alternativas a Ruta 156 de la Madera (Dirección de Vialidad, 2016a) Cabe señalar, que, de las vías resumidas en la Figura, es que es la Ruta 146 ConcepciónCabrero la que se presenta como la competencia más directa a la Ruta de la Madera. Lo anterior, se debe a que la primera Ruta (en complemento con la Ruta 5 Sur) poseen similares orígenes-destinos, captando flujo; además de un menor tiempo de viaje total y un mayor estándar, en cuando a Nivel de Servicio y Seguridad. No obstante, la carretera Concepción-Cabrero presenta un cobro más alto para vehículos livianos y en especial a vehículos pesados. Las vías restantes, si bien son alternativas de circulación a la Ruta de la Madera, no se presentan como una competencia de mayor incidencia que la Ruta 146, dado sus mayores tiempos de recorridos y menores estándares y niveles de seguridad.. 19 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(21) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. 2.3. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA VÍA La Ruta 156 de la Madera nace en la época colonial como un camino de conexión entre Concepción y Santa Juana, hacia dirección sur, desarrollándose como una huella a través de la ribera sur del rio Biobío, desde el norponiente en dirección al suroriente, para luego atravesar cuestas de la cordillera de Nahuelbuta y campos de siembras, para desembocar finalmente en la ciudad de Nacimiento.. Figura 8. Fotografía de la Ruta a mediados de 1960. Fuente: Archivo personal del autor Es así que funciona como tal hasta inicios de 1990, donde el Ministerio de Obras Públicas toma la decisión de mejoramiento de los 108 km vía, a través de la Concesión de ésta. Esto consideraba la pavimentación total entre Concepción y Nacimiento, mejoramientos de trazados y puentes de hormigón definitivos. Cabe señalar, que dicho antecedente marcará un hito, dado que será la primera vía que sea llevada a cabo bajo el sistema de concesiones en Chile y uno de los pioneros en Latinoamérica. Luego, en el año 1994 se da inicio a la Concesión de Construcción y explotación de la misma vía, adjudicada con un plazo de 25 años a Camino de la Madera Sociedad Concesionaria S.A., por un total de € 38.583.000.- (llevado a moneda actual), poniéndose en servicio en forma definitiva el año 1997. Esta Concesión consideraba dos plazas de peaje manual (Ministerio de Obras Públicas, 1993). Si bien la vía en sus inicios presentó un flujo vehicular considerable, que inducen a una Concesión rentable, es que varios factores incidieron a que se viera mermada esta última condición. Los factores que afectaron la rentabilidad de la vía fueron: . Bajo crecimiento del flujo vehicular, debido al mejoramiento de las vías alternativas, como el acceso a Concepción por Cabrero, Ruta 160, entre otras,. 20 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(22) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. configurando una alternativa al Camino de la Madera de superior estándar y menor tarificación . La incorporación de amplios sectores urbanos dentro del contrato como es el caso del inicio (comuna de San Pedro) y el término de la concesión (Nacimiento) que pasan por tramos urbanos altamente densificados y con mucha fricción lateral, lo cual quita atractivo al camino ante las alternativas existentes.. . Mega inundación del año 2006 y Terremoto del 2010, causaron serios daños en la infraestructura, debiendo asumir las pérdidas de dichos eventos la Sociedad Concesionaria, lo cual acrecentó la pérdida de rentabilidad del proyecto (Zambrano, 2008).. Figura 9. Daños sufridos en la Ruta en el Terremoto del 27/F 2010. Fuente: Archivo personal autor Al 2012, se contabilizaba un flujo vehicular mensual de 62.894, aportando un ingreso en el mismo periodo de 401.743 €. Es así que, debido a las razones antes mencionadas, en septiembre de 2013 es traspasada desde la concesionaria al Estado, según lo indica el Decreto MOP N° 426 del 30 de julio de 2013. El traspaso de la de Ruta a la administración de la Dirección de Vialidad, originó fuertes presiones por parte de las autoridades políticas y de la comunidad, con la intención de suprimir la operatividad de las plazas de peaje Curalí y Nicodahue, ubicadas en los km. 54 y 94 respectivamente, lo cual generó una exención de cobros desde septiembre de 2013 a marzo de 2014. Esto produjo un aumento explosivo de tráfico en relación a lo que se. 21 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(23) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. tenía contabilizado a la fecha, aumentando en más de un 50 % el flujo total en relación al pasante en los últimos años. De forma posterior y dada la imposibilidad legal de cese de las plazas de peaje, se acordó instalar una sola plaza con cobro bidireccional en el límite comunal, que reemplaza las dos estaciones existentes. Es así como, en marzo de 2014, entra en operación plaza fiscal de peaje San Roque, ubicada en el km. 74. Cabe señalar que el flujo a dicha época mantuvo su tendencia de crecimiento, ello reforzado debido a que la Ruta 146 Concepción-Cabrero, la alternativa más directa de circulación a la Ruta 156 de la Madera, fue llevada a Concesión, con su debido proceso constructivo asociado, incluyendo grandes desvíos, por lo cual bajo dichas circunstancias, los tiempos de viaje eran más favorables por la Ruta de la Madera, movilizándose los flujos hacia dicha vía. Si bien se pensaba que al término de la construcción de la Ruta Concesionada Concepción-Cabrero, los flujos se estabilizarían, ocurre la situación totalmente contraria, acentuándose aún más a partir de agosto de 2016, con el inicio de operaciones de la Ruta 146 Concepción Cabrero, considerando el cobro en su plaza peaje Huinanco. La razón principal de este hecho radica en las altas tarificaciones que posee la Ruta 146 en comparación a la Ruta 156, siendo en las primeras un 164 % superior en el caso de los camiones de dos o más ejes, siendo además sus tiempos de viajes no tan disimiles, por lo cual, gran parte del flujo vehicular –y en específico vehículos pesados- emigró hacia la Ruta 156 de la Madera (Dirección de Vialidad, 2016a). Figura 10. Gráfico del comportamiento de los Flujos Vehiculares en la Ruta 156 dado los distintos hitos ocurridos entre 2012 al 2017 (Dirección de Vialidad, 2016a). 22 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(24) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Esta situación derivó en un aumento de solicitaciones de tráfico al pavimento existente de la Ruta 156, aumentando notoriamente su nivel de deterioro. Cabe señalar que la Dirección de Vialidad, una vez que ocurrió el traspaso de la Ruta a la administración del Estado, ha ejecutado Contratos de Conservación Global de la Ruta y Contratos específicos de Conservación de Pavimentos y Seguridad Vial (Dirección de Vialidad, 2014, 2016b).. Figura 11. Trabajos de Conservación en la Ruta 156 de la Madera, año 2018 (Dirección de Vialidad, 2018b) La inversión en conservación en la Ruta 156 se puede ver reflejado en la Tabla N° 5. Tabla N° 5. Costos asociados a conservación de la Ruta entre 2014 a 2018. Año Año Total (CLP) Total (USD) $ 4.069.688.144 5.720.245 € 2014 2015 $ 2.593.345.418 3.644.737 € 2016 2017 $ 1.500.000.000 2.108.130 € 2018 $ 8.163.033.562 11.473.112 € Total $ 15.116.729 106.233 € Costo/km-año Ingresos por Peaje actual Actualmente, la plaza de peaje “San Roque” de la Ruta 156 de la Madera, posee los siguientes precios de peajes (Dirección de Vialidad, 2018b):. 23 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(25) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Tabla N° 6. Tarifas actuales de peaje de la Ruta 156 de la Madera. Tipo de Vehículo Motos Vehículos livianos Camiones y buses dos ejes Camiones y buses más dos ejes. Valor Peaje ($) 500 1100 3000 5000. Valor Peaje (€) 0,65 1,50 4,00 7,00. Dados los tráficos pasantes por dicha plaza de peaje, durante el año 2017, se tuvo un ingreso mensual de $ 205.000.000.- (€ 277.027) 2.4.. ESTUDIO DE TRÁFICO. 2.4.1. Antecedentes de tráfico disponibles Para determinar los niveles de solicitación de tráfico que presenta la vía, es importante conocer la evolución que ha tenido a través del tiempo. El comportamiento histórico que ha tenido la solicitación en el sector en estudio, será analizado en función de los antecedentes estadísticos proporcionados por la Dirección de Vialidad a través del Plan Nacional de Censos de Tráfico (P.N.C.) y que es publicado en forma periódica cada 2 años (Dirección de Vialidad, 2018a). Es así como se realizan 3 mediciones durante el año: Verano: Enero a Abril Invierno: Mayo a Agosto Primavera: Septiembre a Diciembre Para el sector en estudio existen 5 puntos de control censal que permiten observar la tendencia del crecimiento, cuya trayectoria histórica de la solicitación de tráfico se encuentra documentada en los antecedentes registrados. Se ha realizado una recopilación y análisis histórico del tráfico entre el período comprendido entre los años 2000 - 2016 en base a los valores que entrega los Puntos Nacionales de Censos de la Dirección de Vialidad, los cuales se efectúan cada dos años. El sector en estudio involucra directamente tres estaciones de control, que se detallan a continuación:   . Nº 147 VIII Región, ubicada en Bifurcación San Pedro de la Paz, intersección de Ruta 156 con la Ruta 160. Nº 065 VIII Región, ubicada en Bifurcación Patagual, intersección de Ruta 156 con la Ruta O-856 Coronel-Patagual. Nº 071 VIII Región, ubicada en Bifurcación Tricauco, intersección de Ruta 156 con Puente Tricauco, Comuna de Santa Juana.. 24 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(26) MPyGI.  . ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Nº 075 VIII Región, ubicada en Bifurcación Chacay, intersección de Ruta 156 con Ruta O-940 Chacay-Espigado, Comuna de Santa Juana. Nº 084 VIII Región, ubicada en Bifurcación Culenco, intersección de Ruta 156 con Ruta Q-350, Comuna de Nacimiento.. Asimismo, se cuenta con el registro de contabilización de la Plaza de Pesaje de la misma Ruta, por tipo de vehículo pesado pasante, entre los años 2014 a 2018. En la Figura 12 se muestra la ubicación de los puntos de control utilizados.. Figura 12. Puntos Censales del Plan Nacional de Censos de la Dirección de Vialidad. (Dirección de Vialidad, 2018a) 2.4.2. Tasas de Crecimiento Para estimar las tasas de crecimiento del tráfico vehicular en la Ruta 156 de la Madera, se recurrió a tres fuentes de información: “Estudio De Ingeniería Construcción Plaza De Peaje San Roque, Ruta 156 de la Madera, Región del Biobío” (INGEROP-GHISOLFO, 2017), “Estudio Preliminar de Concesión Ruta de la Madera” (Ghisolfo Ingeniería de Consulta S.A, 2012) y una estimación derivada de los antecedentes disponibles de la Plazas de Pesaje de la misma Ruta entre los años 2014 a 2018. 25 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(27) MPyGI. . ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Tasas de crecimiento Estudio de Ingeniería Construcción Plaza de Peaje San Roque, Ruta 156 de la Madera. El Estudio de Ingeniería antes mencionado, para efectos de estimación de las tasas de crecimientos, utilizó antecedentes de los puntos del PNC 75 y 84, ubicados en la Ruta 156, entre Nacimiento y Santa Juana; por considerarlas representativas. La información histórica está completa desde el año 2000 hasta el año 2014, por lo que se considerará dicho período en el análisis. Luego de ello, relaciona los datos de tráfico disponibles con los antecedentes del PIB Nacional. Los antecedentes del PIB se obtienen de la Base de Datos Estadísticos del Banco Central de Chile (Banco Central de Chile, 2017) y se utilizó la información del PIB encadenado, desestacionalizado y con referencia en el año 2008 entre los años 1996 y 2015. En la Tabla N° 7 se muestra los datos de tráfico, correspondientes a la suma de las ramas de los PNC 75 y 84 sobre la Ruta 156, y del PIB recopilados para realizar las estimaciones de tasas de crecimiento. Tabla N° 7. Antecedentes Plan Nacional de Censos y Producto Interno Bruto Histórico (Banco Central de Chile, 2017; Dirección de Vialidad, 2018a) Año TMDA PNC 75 y 84, Suma ramas Ruta 156 PIB (millones $) Veh. Camión Camión Buses Total Livianos Simple + 2 ejes 2000 1.865 119 186 93 2.263 65.450.409 2001 1.795 129 242 96 2.262 67.527.604 2002 1.725 139 299 99 2.261 69.355.684 2003 1.748 146 281 100 2.275 71.923.297 2004 1.771 153 263 102 2.288 76.884.869 2005 1.768 164 331 107 2.370 81.652.781 2006 1.766 175 399 112 2.452 86.369.258 2007 1.694 179 410 120 2.403 90.879.586 2008 1.622 184 421 127 2.354 93.850.645 2009 1.903 225 898 111 3.137 92.837.995 2010 2.183 267 1.374 95 3.919 98.175.020 2011 2.763 363 1.330 91 4.547 103.858.988 2012 3.343 459 1.286 87 5.176 109.616.832 2013 3.535 415 1.351 85 5.386 114.036.734 2014 3.726 371 1.417 82 5.596 116.108.152 Las proyecciones del PIB se obtienen del “Acta Resultados del Comité Consultivo del PIB Tendencial” (Alarcón et al., 2018). En la Tabla N° 8 se muestra las tasas propuestas por el Comité.. 26 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(28) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Tabla N° 8. Tasas crecimiento PIB Tendencial (Alarcón et al., 2018) Año Tasa PIB 2015 3,6% 2016 3,6% 2017 3,6% 2018 3,7% 2019 3,7% 2020 3,7% Para los años siguientes a 2020, se utilizará la menor tasa estimada por los expertos del Comité Consultivo del PIB para el período 2019/2020, que es de 3,2%. Es así que, con los datos disponibles, se analiza la relación entre TMDA y PIB por tipo de vehículo a través de ajustes de una regresión entre ellos. Con las relaciones anteriores y las tasas de crecimiento del PIB, se estimó el TMDA por tipo de vehículo y año. Con estos TMDA se determinó la tasa de crecimiento año a año que se obtiene con cada uno de estos modelos. Los resultados se presentan en la Tabla N° 9 para vehículos livianos, camiones simples y camiones de más de dos ejes. Cabe señalar que no se realiza para buses porque presenta indicadores estadísticos aceptables. Tabla N° 9. Tasas de crecimiento según modelos TMDA-PIB Años Tipo de vehículo Veh. Cam. Cam. Livianos Simple Pesado 2015-2016 4,69% 6,35% 7,70% 2016-2021 4,53% 5,87% 6,89% 2021-2026 3,89% 4,77% 5,38% 2026-2031 3,77% 4,45% 4,90% 2031-2036 3,67% 4,21% 4,54% . Tasas de crecimiento Estudio Preliminar de Concesión Ruta de La Madera (CCOP, 2014). Este estudio, encargado por la Dirección General de Obras Públicas del Ministerio de Obras Públicas (año 2014), tenía como objetivo principal analizar la factibilidad de Concesión de la Ruta, y entre las tareas desarrolladas está el estudio de demanda y de proyección de los viajes. Para la estimación de las tasas de crecimiento se consideró 31 estaciones de control del Plan Nacional de Censos y las antiguas plazas de peaje ubicadas en la Ruta 156, Curalí y Nicodahue, que recogen en conjunto información de la Región del Biobío. Se escogió un modelo lineal que relaciona el PIB con el TMDA, dado que presentó los mejores resultados.. 27 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(29) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Con los datos anteriores, se estimó la tasa de crecimiento anual entre cortes temporales para cada tipo de vehículo, los resultados se entregan en la Tabla N° 10. Tabla N° 10. Tasas de crecimiento Estudio Preliminar de Concesión Ruta de La Madera (Ghisolfo Ingeniería de Consulta S.A, 2012) Período Veh. Livianos Cam. Simple Cam Pesado Bus 2015-2020 4,04% 6,47% 5,85% 1,89% 2020-2030 3,62% 5,56% 2,59% 2,04% . Tasas de crecimiento derivada de los antecedentes disponibles de la Plazas de Pesaje. A partir de la información de flujo entregada por la Dirección de Vialidad en relación a los vehículos pesados contabilizados anualmente en Plaza de Pesaje de la Ruta 156 entre los años 2014 al 2018, se analizó su comportamiento y su evolución en dichos años. Se puede observar que existe un creciente aumento de vehículos pesados, es decir de camiones de dos o más ejes, por lo cual se procede a realizar una estimación de crecimiento en base a dichos datos. Tabla N° 11. Pasadas totales de vehículos pesados de forma anual por plaza de peaje San Roque (Dirección de Vialidad, 2018b) Año Pasadas totales (veh. Pesados/año) 2014 41.892 2015 71.729 2016 86.190 2017 108.997 Con ello, los datos anteriormente exhibidos es que se procede a realizar una previsión de tráfico para este tipo de vehículos, a través de un ajuste de regresión. En la Figura 13, podemos observar el comportamiento estimado de tráfico.. 28 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(30) ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. MPyGI. 250.000. TMDA Pesados. 200.000 150.000. y = 20769x + 22330 R² = 0,9964. 100.000 50.000 0 2014. 2015. 2016. 2017. 2018. 2019. 2020. 2021. 2022. Años Valores. Previsión. Límite de confianza inferior. Límite de confianza superior. Lineal (Límite de confianza inferior). Figura 13. Pasadas totales de vehículos pesados en la plaza de pesaje entre 2014 -2017 Como resultado de la estimación realizada, basado en los datos disponibles, es que la Tabla N° 12 resume los resultados de tasas de crecimiento para los camiones de 2 o más ejes, en donde se observa un comportamiento esperado para el año 2020 y otro para el año 2022. Tabla N° 12. Estimación de tasas de crecimiento en plaza de peaje San Roque (INGEROP-GHISOLFO, 2017) Estimación Pesaje DV Años Tasa Crecimiento 25,30% 2017-2020 12,20% 2020-2022 . Tasas de crecimiento adoptadas. Comparando los resultados de tasas de crecimiento obtenidos de la estimación realizada en el Estudio de Ingeniería Construcción Plaza de Peaje San Roque, Ruta 156 de la Madera, del Estudio de Concesión de la Ruta de La Madera y la estimación a partir de los tráficos pasantes de la Plaza de Pesaje de la Dirección de Vialidad, se observa que en general las tasas son similares, con mayor diferencia en el caso de los camiones pesados, que presentan tasas mayores en la estimación con datos de la Plaza de Pesaje (Dirección de Vialidad, 2018b).. 29 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(31) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Dado lo anterior, para los fines estimativos correspondientes, es que se utilizaron valores representativos medios de las tres fuentes ya mencionadas, para cada clase de vehículo.. Año 2017 2021 2027 2032. Tabla N° 13. Resumen de tasas de crecimiento estimadas Al año Livianos C. Simple C. Múltiple Buses 4,3 6,2 12,7 1,9 2020 3,76 5,16 6,72 1,89 2026 3,70 5,01 3,74 2,04 2031 3,67 4,21 4,54 2,04 2037. 2.4.3. Determinación de tráfico de diseño Es posible indicar el volumen de tráfico que presenta en la actualidad el sector en estudio, el cual, de acuerdo a los resultados obtenidos, presenta un flujo de tráfico heterogéneo a lo largo de la Ruta, donde se puede apreciar que al inicio de la Ruta se tiene una cantidad considerable de vehículos livianos y pesados, influenciada debido a su cercanía con el área industrial y comercial de la zona metropolitana del Gran Concepción. Es por ello y con fines de diseño, es que se propone sectorizar la Ruta en estudio en 5 tramos, de acuerdo a lo siguiente. Tabla N° 14. TMDA para el año 2017, para Ruta 156 según proyección realizada TMDA AÑO 2017 Punto de Control PNC km km VL C2 C+2 BUS inicio termino 147 0.000 12.000 9.567 524 999 308 Bif. San Pedro 86 12.000 26.700 3.649 334 1.027 185 Bif. Patagual Sur 71 26.700 45.000 3.687 237 923 165 Puente Tricauco 76 45.000 70.800 2.508 245 882 58 Bif. Chacay 24 70.800 108.000 1.688 294 1.211 62 Bif. Culenco 2.4.4. Estratigrafía de pesos por eje Para considerar esta variable, necesaria para el diseño, es que se utilizaron los datos proporcionados por la Dirección de Vialidad en cuanto a la medición de pesos por ejes, estimados para dicha Ruta en el año 2016 (Ministerio de Obras Públicas, 2016). Los Factores de carga respectivos se pueden observar en la Tabla N° 15.. 30 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(32) ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. MPyGI. Tabla N° 15. Factores de carga para la Ruta 156 (Ministerio de Obras Públicas, 2016) Bus Livianos C. Simple C. Múltiple Interurbano Factores. 0,00. 1,21. 4,22. 2,06. 2.4.5. Determinación de Ejes Equivalentes Los métodos de diseño del pavimento incorporan como variable fundamental la solicitación acumulada durante la vida de diseño, expresada en ejes equivalentes (Ministerio de Obras Públicas, 2016). Para ello, utilizamos la siguiente expresión: 𝐸𝐸𝑎 = 𝐸𝐸𝑗 ∗ 𝑇𝑗. Ecuación 1. Siendo: EEa: Ejes equivalentes acumulados totales. EEj: Ejes equivalentes del vehículo j. Tj: Factor de proyección de tráfico del vehículo j. Y donde si ij es distinto de 0: (1 + 𝑖𝑗)𝑛 − 1 365 ∗ 𝑡𝑗 𝑇𝐽 = ∗ 𝑖𝑗 1000. Ecuación 2. Y si ij=0:. 𝑇𝐽 =. 365 ∗ 𝑡𝑗 ∗ 𝑛 1000. Ecuación 3. Siendo: ij: Tasa de crecimiento del vehículo j en tanto por uno n: Vida de diseño expresada en años tj: TMDA real de cada uno de los vehículos tipo j, que transita en el primer año por la pista de diseño. Se han considerado, para realizar el cálculo de Ejes Equivalentes, los tráficos deducidos de la sección anterior y la Estratigrafía ya informada. Se proyecta a una vida útil de 20 años, tomando como base de proyección el año 2017, siendo el año 1 el año 2018.. 31 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(33) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. En los siguientes cuadros se presentan los volúmenes totales en Ejes Equivalentes, que utilizaría la ruta en análisis durante la vida de diseño, considerando la solución en Carpeta Asfáltica, en función de los parámetros enumerados anteriormente. Tabla N° 16. Determinación de Ejes Equivalentes para la tramificación propuesta (20 años) EEQ EEQ km km Tramo VL C2 C+2 BUS TMDA Año 1 Año 20 inicio término (miles) (miles) 0,000 12,000 9567 524 999 308 11.398 2.216 82.194(*) 1 12,000 26,700 3649 334 1027 185 5.195 2.081 78.831(*) 2 26,700 45,000 3687 237 923 165 5.013 1.840 69.828(*) 3 45,000 70,800 2508 245 882 58 3.692 1.690 65.173(*) 4 70,800 108,000 1688 294 1211 62 3.256 2.284 88.488(*) 5 (*) Los valores estimados que se señalan, son considerados para vías bidireccionales. Cabe señalar que, para efectos del presente estudio, los valores estimados corresponden a magnitudes por sentido de vía. Lo anterior, dado a que en todos los tramos existe una simetría de valores de flujo de tránsito, muy similares en ambos sentidos (nivel de simetría 1:1) por lo cual todo calcula se realiza bajo dicha consideración. 2.4.6. Análisis de capacidad de la vía Una vez obtenidos los tráficos actuales y futuros la Ruta 156 de la Madera, se procede a realizar un análisis de capacidad de la vía, a través de la teoría de Capacidad de Carreteras del TRB (Transport Research Board, 2010), constituido por la estimación de los Niveles de Servicio (NS) que es de esperar para el conjunto de vehículos que operan en una carretera de características dadas, actualmente y en el horizonte propuesto de 20 años. Como se mencionó anteriormente, esta carretera clasifica como una vía bidireccional Primaria, entonces, para las magnitudes de flujo de tráficos establecidas, es que se estiman los NS respectivos, los cuales se exhiben en la Tabla N° 17. Tabla N° 17. Determinación de Nivel de Servicio actual y a 20 años – Ruta 156 Año 0 Año 20 Tramo Capacidad NS Capacidad NS 82,00 % E 172,90 % F 1 31,30 % C 66,00 % E 2 31,70 % C 66,70 % E 3 21,50 % A 45,40 % D 4 14,50 % A 30,50 % C 5. 32 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(34) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. Se puede apreciar que, actualmente el Tramo 1 posee un NS tipo “E”, lo cual indica un umbral de saturación alto y de inestabilidad. El resto de los tramos poseen NS con umbrales de saturación medios y bajos. Sin embargo, luego de proyectar los tráficos hacia el horizonte propuesto de 20 años, es que los Tramos 1, 2 y 3 poseen NS con umbrales de saturación altos, lo cual indican flujos inestables, con una probabilidad de Velocidad Media de Viaje bajos los 72 km/h. En condiciones ideales, la Intensidad de Tráfico Máxima de Servicio (en este estudio llamada TMDA), en ambos sentidos, es de 2.800 vehículos livianos por hora, según lo establecido por TRB (Transport Research Board, 2010). Luego, si para el horizonte de 20 años, se realiza un análisis de capacidad proyectado, esta vez para carreteras unidireccionales sin control de accesos, los resultados se indican en la Tabla N° 18. Tabla N° 18. Determinación de Nivel de Servicio proyectado a 20 años en vía unidireccional Año 20 (Unidireccional) Tramo Capacidad NS 55,00 % B 1 21,00 % A 2 21,20 % A 3 14,50 % A 4 9,80 % A 5 Se puede observar que, en la proyección a 20 años para una Carretera Unidireccional, se tienen, en todos los Tramos, Niveles de Servicio con umbrales de saturación bajos, con flujos razonablemente libre, en que las acciones de los vehículos precedentes tendrán alguna influencia sobre los que los siguen. En condiciones ideales, la Intensidad de Tráfico Máxima de Servicio no supera los 1.200 vehículos livianos por hora y por pista, o 55% de la Capacidad, a 96 km/h. Es así que se puede concluir que, si se mantienen las condiciones geométricas y de capacidad actuales de la vía, es que, para un horizonte de 20 años, en los primeros 45 kilómetros de vía, se tendrán Niveles de Servicio bajos, con umbrales de saturación altos y velocidades medias de circulación limitadas, por lo cual si se proyecta una carretera con calzadas unidireccionales, se tendrán NS altos, con umbrales de saturación bajos, con flujos razonablemente libre. Por tanto, según todo lo anteriormente expuesto se visualiza la necesidad de mejora de la infraestructura.. 33 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(35) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. 3. METODOLOGÍA En primer término, con la información disponible de la carretera, en donde se pudo observar la necesidad de proposición de mejoras a la infraestructura, se procederá a proponer distintas alternativas preliminares de intervención de la vía, acorde a los flujos vehiculares actuales y futuros, características geométricas de la vía, capacidad de resistencia existente del suelo y nivel de deterioro de los firmes existentes, entre otras variables. Con las alternativas ya propuestas, se procederán a definir sus características y costos asociados, derivando de ello el planteamiento de distintos escenarios de solución, lo que permitirá tener un panorama general de la situación, de tal manera de realizar luego un análisis de viabilidad de la Ruta, desde un punto de vista técnico-económico. 3.1. PROPOSICIÓN MEJORAMIENTO. DE. ALTERNATIVAS. PRELIMINARES. DE. Con los antecedentes disponibles, se procederá definir una serie de alternativas preliminares de mejoramiento para la ruta bajo estudio. Los criterios y definiciones para el planteamiento de las intervenciones, se centrarán principalmente en dotar al eje vial de características físico-operativas competitivas del resto de la red vial de la región del Biobío. En la elaboración de estas proposiciones de alternativas, tendrán en cuenta los lineamientos que recomienda el Manual de Carreteras – Volumen 1 de Evaluación de Proyectos Viales Interurbanos (Ministerio de Obras Públicas, 1997). Para tales efectos, las intervenciones a realizar deben proveer a los usuarios (actuales y potenciales) de un confort equilibrado, en relación a un nivel de servicio adecuado. Es así como se plantean las siguientes alternativas preliminares de mejoramiento de la Ruta 156 de la Madera: Tabla N° 19. Resumen de Alternativas preliminares de intervención para la Ruta 156 Alternativa Descripción Construcción de doble calzada sobre el mismo eje de la carretera. A Construcción total de las dos calzadas su mantenimiento a 20 años. Construcción de calzada por orilla del río para un sentido de circulación B y reconstrucción de calzada existente, con mantenimiento a 20 años Construcción de calzada en la orilla del río para un sentido de circulación y rehabilitación de calzada existente, con mantenimiento a C 20 años. Construcción completa del tramo existente y Mantenimiento a 20 años D Rehabilitación y Mantenimiento del tramo existente para que pueda E soportar los ejes a 20 años Mantenimiento Ruta 156 de la Madera y desvío total de tráfico de F Pesados hacia Ruta 146 Concepción-Cabrero.. 34 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.

(36) MPyGI. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE LA RUTA 156 DE LA MADERA. 3.1.1. Alternativa de intervención A Esta alternativa considera la construcción de una doble calzada sobre el actual eje existente, teniendo su inicio en el km. 0.0 donde intersecta con la salida del Puente Bicentenario Patricio Aylwin, en la Comuna de San Pedro de la Paz del Gran Concepción.. Figura 14. Trazado de la alternativa A. Fuente: Elaboración Propia sobre Cartografía Google Earth Asimismo, al plantear una doble calzada, es necesario tener en consideración la inclusión de nuevos puentes, de forma paralela a los existentes, de tal manera de asegurar la continuidad y capacidad de la ruta. La velocidad de diseño es de 100 km/h, no obstante, como prácticamente se mantiene la geometría horizontal en todo el eje, en ciertos sectores que se debe restringir el diseño mínimo a 80 km/h. Se toman en consideración lo recomendado en el MC-V3 (Ministerio de Obras Públicas, 2016) e Instrucción de Carreteras (Ministerio de Fomento, 2016). El perfil tipo corresponde a dos calzadas unidireccionales de concreto asfáltico con 7,0 m de ancho, más bermas de 1,5 m, además de sobreanchos de plataforma. Además, se considera una mediana de 2 metros con inclusión de barreras de hormigón simétricas, como lo muestra la Figura 15.. Figura 15. Sección tipo alternativa A. Fuente: Elaboración Propia Cabe señalar que en los primeros 17 km se trata de un área urbana, con una alta densidad residencial y comercial, por tanto, en caso de llevar a cabo esta alternativa, los costos de expropiaciones asociados serán considerables. 35 MÁSTER UNIVERSITARIO EN PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE INFRAESTRUCTURAS - ETSIC- UPM.