CAPITULO 6 COMPARACION DE ALTERNATIVAS DE ...catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/cortes_p...conservación periódica y reconstrucción. Sin embargo, en este caso y a solicitud

CAPITULO 6

COMPARACION DE ALTERNATIVAS DE CONSERVACION

A continuación se procede a la evaluación de las alternativas de conservación que se

estudiarán en el proyecto. La primera parte de este capitulo, se dedicará a la definición de

las acciones de conservación que integran la alternativa base, ya que, como se vio antes, el

optar por la alternativa base no significa “no hacer nada”. En este caso se incluirán dos

tareas que son realizadas a cualquier tipo de pavimento asfáltico como conservación

mínima: El sellado de grietas y el bacheo.

Una vez definida la alternativa base, se procede a la primera evaluación de alternativas,

que consiste en buscar la mejor opción para lograr la reposición de la capa de desgaste. Para

esto se compararán tres tareas de conservación que son: riego de sello, mortero asfáltico y

microcarpeta .Entre ellas se escogerá la alternativa más conveniente en términos de

conservación y en términos monetarios.

La segunda evaluación de alternativas está enfocada hacia la conservación periódica y se

refiere a la comparación de las siguientes tareas: microcarpeta y sobrecarpeta. Como en el

caso anterior, se evaluarán las opciones y se identificará la alternativa más eficiente.

Finalmente, se realizará un análisis orientado a determinar la factibilidad de la

rehabilitación de los tramos utilizando pavimento de concreto hidráulico, para lo cual se

comparará esta alternativa con una de conservación periódica a base de sobrecarpetas.. La

reconstrucción en concreto es una estándar de mejora que servirá para definir una de las

alternativas, la cual incluirá una conservación programada para pavimentos de concreto

hidráulico que es el sellado de juntas.

Cabe hacer notar que, en la práctica profesional, los estándares de conservación pueden

incluir acciones en los tres rubros anteriores, es decir, reposición de la capa de desgaste,

93

conservación periódica y reconstrucción. Sin embargo, en este caso y a solicitud del

expresa del IMT, se trató de evaluar el comportamiento separado de las distintas tareas

consideradas dentro del HDM-4 para cada uno de estos rubros, a fin de utilizar los

resultados de este análisis como insumo para una mejor formulación de los estándares

definitivos.

Las evaluaciones anteriores se realizarán usando datos obtenidos de mediciones de

campo o fuentes documentales para los siguientes indicadores: IRI, profundidad de roderas,

clima, diseño geométrico y TDPA. Los datos de deflexiones se obtuvieron de números

generados por un algoritmo que toma datos de otras autopistas y genera medidas

aproximadas a la realidad del tramo a evaluar.

Un aspecto muy importante a considerar es la definición de los costos a usar. Ya en

secciones anteriores se había mencionado la diferencia entre los aspectos financieros y

económicos, sin embargo, a continuación se anexan las definiciones usadas por el HDM-4

para los costos financieros y los económicos.

Costos Financieros: Son los precios de mercado de los productos a usar y de las técnicas

empleadas en las tareas de conservación.

Costos Económicos: Son el valor real de los costos de oportunidad de los recursos y son

encontrados al quitar las distorsiones como impuestos, subsidios y otros costos de los

precios de mercado. (ISOHDM Technical Secretariat V3, 2003).En nuestro caso, los costos

económicos se calcularán de manera aproximada quitando a los costos de mercado el

Impuesto al Valor Agregado (IVA), considerando un IVA de 15 %.

94

6.1 Formulación de la Alternativa base para el tramo Km. 32+858 al 43+000, sentido 1

Para la alternativa base se considerarán las siguientes tareas que ya se habían

mencionado: bacheo y sellado de grietas. Estas dos tareas son las más comúnmente

ejecutadas como mantenimiento de rutina de los pavimentos asfálticos.

6.1.1 Sellado de grietas

El sellado de grietas se utiliza para rellenar grietas individuales y prevenir la entrada de

agua o de materiales tales como arena, rocas o deshechos. Esta tarea permite la corrección

de grietas transversales, longitudinales, de reflexión y de bloque. Antes de aplicar el sellado

de grietas éstas deben ser limpiadas de impurezas. El sellado es más efectivo si se aplica

bajo temperaturas moderadas, como puede ser en otoño o primavera y si se efectúa

inmediatamente después de la formación de las grietas.

Figura 6.1 Ejemplo de grietas longitudinales.

95

Figura 6.2 Ejemplo de grietas transversales.

Figura 6.3 Ejemplo de grietas de reflexión.

El HDM-4 incluye una tarea que es el equivalente al sellado de grietas, a la cual denomina

“crack sealing”. En la definición de la alternativa base, los parámetros de esta tarea

quedaron como sigue:

• Tipo de Intervención: Correctiva

• Intervención: Grietas estructurales a lo ancho>=10 % (es decir, aplicar cuando el

agrietamiento estructural alcance el 10% del área del pavimento)

96

• Regularidad máxima: 16 IRI

• Costos Unitarios: Los definidos en la tabla 6.1.

Tabla 6.1 Costos unitarios del sellado de grietas

Acción Costo económico Costo financiero

Sellado de grietas $ 180 por metro cuadrado $ 210 por metro cuadrado

6.1.2 Bacheo

El bacheo es un método común para el tratamiento de áreas con daños localizados. Las

reparaciones pueden ser profundas y extenderse desde la superficie de rodamiento hasta la

subbase, o parciales, las cuales no abarcan toda la profundidad del pavimento existente.

El bacheo profundo es necesario cuando la sección entera del pavimento esta dañada. La

mayoría de las veces, la base o la subbase contienen material en mal estado y éste es el

origen del problema, por lo cual es necesario reparar a profundidad. El material de bacheo

puede ser cualquier mezcla asfáltica en caliente o en frío, como mortero o lechada asfáltica.

Típicamente, las mezclas en caliente son usadas para bacheo permanente y las mezclas en

frío para bacheos temporales o de emergencia.

El procedimiento para bacheo es bien conocido y comprende los siguientes pasos:

1.- Remover el agua y los deshechos del bache.

2.- Dar una forma cuadrada a las orillas del bache, de tal manera que los lados queden

verticales y mantengan una posición adecuada de contacto en todos los lados.

97

3.- Aplicar el material de bacheo en la superficie cuadrada formada en el paso anterior.

4.- Compactar el material vertido partiendo del centro hasta los lados.

En las figuras 6.4 y 6.5 (Fuente: http://training.ce.washington.edu/WSDOT/) se pueden

apreciar los bacheos parciales y los profundos.

Figura 6.4 Ejemplo de bacheo parcial.

Figura 6.5 Ejemplo de bacheo profundo.

98

El HDM-4 incluye una tarea equivalente al bacheo, la cual se denomina “Patching”. Para el

caso analizado, los parámetros de esta tarea se definieron como sigue:


• Intervención: Baches >=10 por Km(es decir, aplicar cuando el número de baches

llegue a 10 por kilómetro)


• Costos Unitarios: Los de la tabla 6.2.

Tabla 6.2 Costos unitarios del bacheo


Sellado de grietas $ 300 por metro cuadrado $ 345 por metro cuadrado

6.1.3 Análisis de resultados:

A fin de evaluar los efectos de la conservación mínima o de rutina, la alternativa base se

comparó contra una alternativa sin tareas de conservación, es decir, contra la alternativa de,

efectivamente, “no hacer nada”. Como se aprecia en la gráfica de regularidad media por

tramos (figura 6.6), el efecto del mantenimiento de rutina es reducir el deterioro acelerado

del pavimento, aunque este tipo de mantenimiento no evita el aumento sostenido de la

irregularidad, ya que ninguna de las tareas consideradas en la alternativa base corrige este

defecto ni contribuye a elevar la capacidad estructural del pavimento.

Cabe mencionar que estas tareas se incluirán en todos los estándares de las alternativas

por evaluar en los siguientes incisos y no sólo en la alternativa base, ya que se

99

sobreentiende que este mantenimiento debe realizarse siempre por tratarse de un

mantenimiento básico.

Los resultados de la figura 6.6 corresponden a uno de los segmentos que integran el tramo

comprendido entre los cadenamientos 32+858 y 43+000, sentido 1, y se incluyen a manera

de ejemplo, ya que se obtuvieron resultados muy similares para todos los segmentos del

tramo.

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alt1Alternativa base

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)

Figura 6.6 Gráfico de regularidad media por tramos para la alternativa base,

segmento 32+858 - 43+000, Sentido 1

6.2 Evaluación de alternativas para la reposición de la capa de desgaste en el tramo

32+858 - 43+000 sentido 1

Esta primera evaluación se hará usando un análisis de proyecto con la alternativa base

anteriormente definida y tres alternativas: riego de sello, microcarpeta y mortero asfáltico.

100

Cada una de las alternativas anteriores se definió a partir de un estándar con el mismo

nombre y éstos, a su vez, incluyen una tarea con las acciones que tiene el programa en su

listado y que simulan el riego de sello, microcarpeta y mortero asfáltico, respectivamente.

Aparte de estas tareas, en cada estándar se incluyen las acciones de conservación de la

alternativa base, es decir, el bacheo y sellado de grietas, que funcionan como

mantenimiento de rutina.

6.2.1 Riego de sello

Un riego de sello es una aplicación ligera de una emulsión asfáltica ligeramente diluida a

la superficie de un pavimento. Los riegos de sello son baratos y pueden proporcionar

flexibilidad a un pavimento existente. Pueden ser útiles para posponer por uno o dos años

máximo la ejecución de una acción de rehabilitación como la construcción de una

sobrecarpeta. El riego de sello es recomendable para carreteras poco transitadas y que se

puedan cerrar por 4 o 6 horas para que la emulsión alcance la resistencia de diseño.

El HDM-4 tiene definida una acción que es igual al riego de sello, es la tarea: ”surface

dressing”. El estándar se elaboró incluyendo dicha tarea con los siguientes parámetros.


• Material de capa de rodadura: Doble tratamiento superficial.

• Espesor de nuevo pavimento (espesor de la capa): 25 mm

• Coeficiente de resistencia en estación seca: 0.2 (el usual para este tipo de

tratamientos).

101

• Intervención: Desprendimiento >= 5, Área total dañada>= 5%

• Regularidad máxima: 16 IRI.

En las tablas 6.3 y 6.4 se muestran los costos unitarios asociados con la aplicación de un

riego de sello. Estos datos corresponden a estimaciones del IMT.

Tabla 6.3 Costos unitarios del riego de sello


Riego de sello $ 20 por metro cuadrado $ 23 por metro cuadrado

Tabla 6.4 Costos de trabajos preparatorios:


Bacheo $ 300 por metro cuadrado $ 345 por metro cuadrado

Reparación de bordes $ 420 por metro cuadrado $ 480 por metro cuadrado

Sellado de fisuras $ 180 por metro cuadrado $ 210 por metro cuadrado

6.2.2 Mortero Asfáltico

Una aplicación de mortero asfáltico consiste en la colocación de una mezcla homogénea

de asfalto emulsificado, agua, agregado fino bien graduado y un sellador mineral que tiene

una apariencia cremosa cuando es aplicado. Los morteros asfálticos son usados para

rellenar los defectos existentes en la superficie de un pavimento o también como trabajo

preparatorio de otra acción de conservación. Existen tres graduaciones de agregados básicas

para un mortero asfáltico:

102

Tipo 1 (fino): Este tipo de agregado tiene la graduación mas fina (la mayoría de los tamaños

menores a 2.36 mm), y es usado para rellenar una superficie pequeña de agrietamientos,

dando una protección delgada al pavimento. Algunas veces este tipo de mortero asfáltico es

usado como trabajo preparatorio para una sobrecarpeta y, generalmente, se aplica a

pavimentos con un tráfico bajo.

En las figura 6.7 (http://training.ce.washington.edu/WSDOT/), se muestra el tipo de

agrietamiento que puede corregir un mortero asfáltico

Figura 6.7 Agrietamiento de piel de cocodrilo

Tipo 2 (General): Es más grueso que el tipo 1 y el tamaño máximo es de 6.4 mm. Es usado

para tratar pavimentos con desprendimientos severos. Este tipo es el más común de todos.

En la figura 6.8 (http://training.ce.washington.edu/WSDOT/), se ilustra el desprendimiento

de material en una carpeta.

Figura 6.8 Desprendimiento severo de agregados en un pavimento

103

Tipo 3 (Grueso): Es el que contiene un agregado más grueso y es usado cuando se observan

daños severos en la superficie de rodamiento. Se usa para rellenar depresiones que pueden

acumular agua y hacer que los vehículos puedan patinarse. En la Figura

6.9((http://training.ce.washington.edu/WSDOT/), ) se muestra un caso de este tipo de

depresiones

Figura 6.9 Depresiones a lo largo de la carretera

El HDM-4 contiene una acción de conservación llamada “Slurry Seal”, la cual es el

equivalente del mortero asfáltico. Los parámetros introducidos en la definición de la tarea

son:


• Material de capa de rodadura: Doble tratamiento superficial.

• Espesor de nuevo pavimento: 10 mm.

• Coeficiente de resistencia en estación seca: 0.2.

• Intervención: Área total dañada >=5%,


• Costos unitarios: Los definidos en la tabla 6.5.

104

Tabla 6.5 Costos unitarios de mortero asfáltico


Mortero asfáltico $20 por metro cuadrado $23 por metro cuadrado

6.2.3 Microcarpetas

Las microcarpetas no incluyen un diseño estructural exhaustivo y generalmente

contribuyen muy poco si no es que nada a la capacidad estructural del pavimento. Las

microcarpetas son generalmente carpetas de 12.5 mm a 40 mm que son usadas para:

• Mejorar la calidad de rodadura.

• Corregir defectos superficiales menores.

• Mejorar las condiciones de seguridad como drenaje y adherencia de los

neumáticos.

• Mejorar la apariencia.

Las microcarpetas pueden variar en su grosor dependiendo de las condiciones de tránsito o

el tipo de uso. En la figura 6.10 se muestra la aplicación de una microcarpeta

Figura 6.10 Colocación de una microcarpeta.

105

El HDM-4 incluye una tarea equivalente a la Microcarpeta, la cual se denomina : Thin

Overlay Para el caso en estudio, sus parámetros quedaron como sigue:


• Material de la capa de rodadura: Mezcla Bituminosa

• Espesor del nuevo pavimento: 40 mm

• Coeficiente de resistencia en estación seca: 0.2

• Intervención: IRI>= 3.5


• Costos unitarios: Lo indicado en las tablas 6.6 y 6.7.

Tabla 6.6 Costos de la microcarpeta


Microcarpeta $ 42 por metro cuadrado $ 48.3 por metro cuadrado

Tabla 6.7 Costos de los trabajos preparatorios




6.2.4 Análisis de resultados

En las figuras 6.11 y 6.12 se presentan las gráficas de regularidad media por tramos para

dos de los segmentos en los que se subdividió el tramo 32+858 - 43+000. Para el resto de

los segmentos se obtuvieron resultados muy similares. Como se aprecia en estas gráficas, la

microcarpeta parece ser la opción más conveniente desde el punto de vista técnico, ya que

106

esta acción, además de corregir defectos de la superficie de rodamiento (como el riego de

sello y el mortero asfáltico), disminuye también la irregularidad del pavimento y, con tres

intervenciones a lo largo de 20 años, logra mantener el IRI por debajo de 4

aproximadamente. Este comportamiento de la microcarpeta podría ser engañoso, ya que se

comprobó que el modelo HDM-4 considera un incremento en la capacidad estructural del

pavimento en cada aplicación de la microcarpeta, cosa que en la práctica común no sucede.

Como ya se ha mencionado, en general se asume que las microcarpetas son elementos no

estructurales, y que sólo corrigen defectos superficiales de la capa de rodadura. Sin

embargo, esto sólo se tomará en cuenta para hacer un análisis más profundo de estos

resultados en el futuro y, por el momento, se considerará a la microcarpeta como la mejor

opción entre las 3.

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alternativa baseMicrocarpetaMortero asfalticoRiego de sello

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)

Figura 6.11 Gráfico de regularidad media por tramos, segmento 32+858 - 32+978,

sentido 1, aplicando las alternativas de microcarpeta, mortero asfáltico y riego de

sello.

107

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alternativa baseMicrocarpetaMortero asfalticoRiego de sello

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)

Figura 6.12 Gráfico de regularidad media por tramos, segmento 38 +250 - 43+000,


sello.

6.2.5 Resumen del análisis económico

En la tabla 6.8 se muestra el resumen de los resultados obtenidos mediante el análisis

económico.

Tabla 6.8 Resumen del análisis económico.

Alternativa VPN (en millones de

pesos)

VPN/Costo TIR

Riego de Sello 10.351 17.406 Sin solución

Mortero asfáltico 148.624 23.030 85.7

Microcarpeta 314.454 47.337 274.0

108

De acuerdo a los indicadores económicos, se detecta una ventaja de la microcarpeta en

todos ellos, por lo que, a reserva de verificar los resultados de la evaluación técnica, es fácil

elegirla como la opción más viable de las tres.

6.3 Evaluación de alternativas para realizar conservación periódica en el tramo

32+858 - 43+000,sentido1

En esta evaluación se trabajarán dos opciones de mantenimiento periódico: Sobrecarpeta

para IRI >= 5 y la ya mencionada microcarpeta para IRI>=3.5. A continuación se incluye

una descripción de la sobrecarpeta y posteriormente los parámetros definidos en el HDM-4

para ella. Los parámetros de la microcarpeta y toda la información referente a ella se

mantuvieron igual que en el caso anterior.

6.3.1 Sobrecarpetas

Las sobrecarpetas se utilizan para aumentar la capacidad estructural de los pavimento,

por lo tanto suelen considerarse como una acción de rehabilitación.

El HDM-4 incluye una tarea equivalente a la sobrecarpeta tradicional, a la cual identifica

como “Overlay Dense-graded Asphal”t y, en esta evaluación, sus parámetros quedaron

como sigue:


• Material de la capa de rodadura: Mezcla Bituminosa

• Espesor del nuevo pavimento: 100 mm

• Coeficiente de resistencia en estación seca: 0.2

109

• Intervención: IRI>= 5


• Costos Unitarios: Los incluidos en las Tablas 6.9 y 6.10.

Tabla 6.9 Costo de la sobrecarpeta


Sobrecarpeta $ 59.1 por metro cuadrado $ 68 por metro cuadrado

Tabla 6.10 Costos de trabajos preparatorios:





Al revisar las gráficas de regularidad media por tramos para los segmentos del tramo

32+858 - 43+000, se observó que casi todos ellos tienen el mismo comportamiento. En las

figuras 6.13 y 6.14 se muestran las gráficas obtenidas para dos de los segmentos. La

alternativa de la sobrecarpeta admite una elevación del IRI durante los primeros 6 años ,

antes de que se ejecute la acción, la cual produce una reducción del IRI a un valor menor a

2 en el año 2011. A partir del año siguiente el IRI comienza a incrementarse de nuevo,

aunque de manera más moderada, para llegar a un valor cercano a 4 en el año 2024. La

110

alternativa basada en microcarpetas se aplica desde el principio, por lo que produce valores

de IRI inferiores en los primeros años, para después desarrollarse casi a la par de la

alternativa basada en la sobrecarpeta. La efectividad de la sobrecarpeta, comparada con las

microcarpetas, es notoria, ya que con una sola aplicación logra niveles que la microcarpeta

logra con 2. Al revisar la tabla de estado anual de la carretera para pavimentos bituminosos

(asfálticos), se observa que la sobrecarpeta provoca un aumento significativo de la

capacidad estructural del pavimento (medida con el número estructural) en relación con la

microcarpeta, la cual, de hecho, como se mencionó en el ejercicio anterior, no debería tener

ningún aporte estructural.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alternativa baseMicrocarpetaSobrecarpeta

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)

Figura 6.13 Gráfico de regularidad media por tramos, segmento 38 + 073 - 38+250,

sentido 1, aplicando las alternativas sobrecarpeta y microcarpeta.

111

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alternativa baseMicrocarpetaSobrecarpeta

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)

Figura 6.14 Gráfico de regularidad media por tramos, segmento 33 + 920 - 34+260,

sentido 1, aplicando las alternativas de sobrecarpeta y microcarpeta

6.3.3 Análisis económico

En la tabla 6.11 se resumen los resultados del análisis económico de las alternativas de

conservación periódica.

Tabla 6.11 Resumen del análisis económico


pesos)

VPN/Costo TIR

Microcarpeta 314.454 47.337 274.0

Sobrecarpeta 275.922 88.657 660

112

Al revisar los indicadores económicos, se encuentra una ventaja de la microcarpeta sobre

la sobrecarpeta en el VPN , sin embargo, en lo que respecta a la relación beneficio/Costo o

VPN/Costo, se ve una clara ventaja de la sobrecarpeta, lo cual significa una mayor eficacia

de la inversión vinculada a esta alternativa. De acuerdo con lo expuesto en capítulos

anteriores en cuanto a la efectividad de los indicadores económicos, se elige a la

sobrecarpeta como la opción más viable.

6.4 Análisis de factibilidad para la rehabilitación del tramo 32+858 - 43+000

utilizando pavimento de concreto hidráulico

Como parte de este análisis se evaluarán dos alternativas. La primera implica la no

sustitución del pavimento asfáltico, y su conservación periódica mediante la colocación de

una sobrecarpeta para IRI >= 5. La segunda se definirá a partir de un estándar de mejora

que consiste justamente en la reconstrucción de pavimentos asfálticos utilizando concreto

hidráulico, y en esta misma alternativa se incluirá un estándar de conservación apropiado

para pavimentos rígidos. La inclusión de este último estándar de conservación se debió a

que, en varias corridas de prueba, pudo observarse que la reconstrucción en concreto

hidráulico producía resultados demasiado favorables en cuestión económica, ya que una vez

aplicado, no se le tenía que dar ningún mantenimiento, siendo que para cualquier

pavimento de concreto hidráulico, se tiene que aplicar periódicamente un sellado de juntas,

como mínimo.

En esta parte es conveniente mencionar que los estándares de trabajo se dividen en dos

tipos: estándares de conservación y estándares de mejora. Hasta el momento se han

utilizado solamente estándares de conservación. La diferencia entre las dos es que los

estándares de mejora conllevan una modificación de la estructura del pavimento, es decir,

113

que no sólo afectan las condiciones de la capa de rodadura, sino que pueden modificar la

base, subbase, etc, o incluso proponer un nuevo trazo de la carretera.

En este caso se aplicará una sobrecarpeta de concreto hidráulico con juntas. Este es el

tipo de carpeta hidráulica más utilizada, ya que la existencia de las juntas permite controlar

las deformaciones del pavimento ante los esfuerzos de contracción/expansión sin necesidad

de utilizar concreto armado, el cual evidentemente resultaría más costoso. Cabe mencionar,

sin embargo, que en la mayoría de los pavimentos de concreto hidráulico con juntas se

colocan entre las mismas unas barras de acero conocidas como “pasajuntas”, las cuales

tienen como función asegurar la adecuada transferencia de carga entre las losas que se

forman al ranurar el concreto.

A continuación se presentan las características de la alternativa de reconstrucción y

conservación para concreto hidráulico.

6.4.1 Rehabilitación con sobrecarpeta de concreto hidráulico

Una sobrecarpeta de concreto hidráulico en un pavimento asfáltico es una alternativa de

rehabilitación relativamente nueva y viable para pavimentos flexibles. El pavimento

sobreencarpetado ofrece un grosor razonable, es duradero y por consecuencia tiene una

capacidad estructural muy aceptable. Aunque existen algunos riesgos, como la falta de

soporte para la nueva capa de rodadura, las sobrecarpetas de concreto hidráulico son muy

efectivas en casi todas las aplicaciones. En los Estados Unidos, se han usado con éxito en

carreteras interestatales, carreteras estatales, aeropuertos, etc. Existen dos tipos de

reconstrucciones con concreto hidráulico: sobrecarpetas no adheridas y adheridas.

114

Sobrecarpetas no adheridas: Este tipo de sobrecarpeta no tiene ningún vínculo con la

carpeta anterior. Como no hay ningún material o estructura que lo una a la nueva

sobrecarpeta, el pavimento existente funcionará solamente como una base de la nueva capa

de concreto. Por lo general la sobrecarpeta es desplantada directamente sobre la superficie

de la carpeta asfáltica, después de haber removido y limpiado la superficie. Normalmente,

la nueva carpeta trabaja en forma adecuada si los baches no son mayores a dos pulgadas, de

lo contrario, se sugiere rellenarlos o taparlos.

La ventaja más apreciable de la sobrecarpeta de concreto hidráulico no adherida, es que

requiere una mínima preparación de la superficie. De cualquier manera, el grosor mínimo

de una sobrecarpeta es de 125-175 mm, el cual es recomendado según las normas de la

Guía AASHTO 1993.

Sobrecarpetas adheridas: Este tipo de sobrecarpetas se adhieren intencionalmente al

pavimento asfáltico existente con un mortero asfáltico o una lechada, para crear una sección

homogénea. La sección homogeneizada actúa como una sola capa que es más gruesa que la

sola sobrecarpeta, y por lo tanto reduce los esfuerzos de tensión hasta en ½ de los esfuerzos

en las orillas y ¼ de los esfuerzos en las esquinas. Los espesores van de 50 mm a 175 mm ,

pero pueden ser mayores para carreteras con altos volúmenes de tránsito. Las carpetas con

espesores de entre 50 mm ya 100 mm son llamadas ultradelgados. La principal ventaja de

las sobrecarpetas adheridas, es que pueden ser más delgadas que las sobrecarpetas no

adheridas, por el comportamiento anteriormente descrito. En las figuras 6.15, 6.16 y 6.17

(http://training.ce.washington.edu/WSDOT/), se muestran ejemplos de este tipo de

acciones de conservación.

115

Figura 6.15 Foto de sobrecarpeta no adherida.

Figura 6.16 Pavimento con juntas a 3.7m

Figura 6.17 Pavimento con juntas a cada 1.2 m.

116

El HDM-4 se incluye una tarea en los estándares de mejora para pavimentos asfálticos

llamada “Upgrading”. Los siguientes datos son los que se consideraron para la creación del

estándar.

Datos generales

• Tipo de capa de rodadura: Bituminosa (asfáltica)

• Tipo de mejora: “Upgrading”.

• Duración: 1 año.

• Tipo de intervención: Programada.

Diseño

• Tipo de tráfico: Four lane road.

• Tipo de carretera: Primary or trunk.

• Nuevo tipo de pavimento: JPCP con pasadores (Jointed Plain Concrete).

• Factor de ajuste de longitud: 1

• Incremento en anchura: 0m.

• Numero de carriles adicionales: 0.

Intervención

• Programación: Empezar en el año 2005.

Pavimento

• Espesor: 210 mm.

• Tipo de base: Estabilizada con asfalto Es una modelación aproximada, ya que el

HDM-4 no incluye la opción de que la base sea un pavimento asfáltico existente.

• Espesor : 100 mm.

117

• Módulo: 20000 MPa.

• Permeable: No.

• Tipo de explanada (subrasante): Granular.

• K,(módulo de reacción de la subrasante): 54 MPa/m.

En la tabla 6.12 se presentan los costos de la rehabilitación del pavimento con concreto

hidráulico, los cuales también fueron proporcionados por el IMT.

Tabla 6.12 Costo de la rehabilitación concreto


Reconstrucción en concreto $ 9,000,000 por km $ 10,350,000 por Km

6.4.2 Sellado de juntas

El sellado de juntas es una acción básica de conservación para pavimentos de concreto ,

y se debe de realizar de manera periódica. En este caso el pavimento esta diseñado con

juntas, que como se había dicho antes, permiten la correcta transmisión de cargas Los

materiales de sellado se utilizan para rellenar las juntas y grietas con el objeto de prevenir la

entrada de agua o de otras sustancias no compresibles .La mayoría de los sellos de los

pavimentos rígidos se colocan durante la construcción, sin embargo, tienen una vida

limitada. Un sello asfáltico vertido en caliente puede durar entre 3 y 5 años si su aplicación

fue adecuada. Los sellos de silicón se comportan bien por periodos de 10 años en carreteras

y los sellos compresibles pueden durar entre 15 y 20 años.

En las figuras 6.18 y 6.19(se muestran fotografías del sellado de juntas.

118

Figura 6.18 Sellado de juntas.

Figura 6.19 Sellado de juntas (acercamiento).

El HDM- contiene una acción que simula el sellado de juntas a la que denomina “Joint

Sealing”. Se encuentra entre los estándares de conservación para pavimentos de hormigón

(concreto hidráulico). Los parámetros para la creación del estándar relativo a la reposición

del sello fueron los siguientes:

119

• Tipo de Intervención: Programada

• Material de la capa de rodadura: Hormigón

• Intervención: 1 año.


• Costos Unitarios: Los de la tabla 6.13.

Tabla 6.13 Costo del sellado de juntas


Sellado de juntas $ 200 por metro cuadrado $ 230 por metro cuadrado


Nuevamente, se obtuvieron resultados muy similares para los diferentes segmentos en los

que se dividió el tramo. Por lo que se refiere a la irregularidad, en las figuras 6.20 y 6.21 se

muestran los gráficos de regularidad media por tramos que corresponden a los segmentos

38+073 - 38+250 y 38+858 - 38+978. En estos gráficos se puede observar un

comportamiento sobresaliente de la rehabilitación con concreto hidráulico, pues a partir del

año de la ejecución de esta acción y con el mantenimiento considerado, el IRI se sostiene

con muy poca variación hasta el final del año 2024. Para el segmento 38+073 - 38+25, los

valores de IRI obtenidos para la rehabilitación en concreto hidráulico mantienen valores de

IRI que van desde el 2.5 obtenido a partir de su construcción hasta un 3.9 al final del año

2024 , lo cual nos muestra un comportamiento bastante aceptable para un periodo tan largo.

En el caso de la alternativa de conservación del pavimento existente a base de

sobrecarpetas, se observa un mejor comportamiento del pavimento a partir del año en que

120

se aplica la acción (año 2012) , siendo necesaria una sola intervención de esta tarea y con

un costo mas bajo que la reconstrucción con concreto hidraulico. Desde el punto de vista

técnico, la sobrecarpeta parece ser una mejor opción, ya que las dos alternativas requieren

una sola aplicación y la sobrecarpeta mantiene un mejor nivel de servicio por 12 años, al

mismo tiempo que es una opción mas barata.

Se hace notar que, en el tramo 32+858 al - 43+000, existen segmentos como el ilustrado

en la figura 6.21 (38+858 - 38+978) para los cuales la alternativa de rehabilitación con

concreto hidráulico podría no haberse considerado, ya que tienen un valor inicial de IRI

muy bajo (aproximadamente 2.5 para este segmento). Sin embargo, aún en estos casos, se

observó un comportamiento similar de las alternativas analizadas, tanto en el aspecto

técnico como en el económico.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alternativa baseReconstrucci=n enconcretoSobrecarpeta

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)


sentido 1, evaluación de la rehabilitación con concreto.

121

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alternativa baseReconstrucci=n enconcretoSobrecarpeta

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)



6.4.4 Análisis económico La tabla 6.14 contiene los resultados del análisis económico de estas alternativas en el

tramo 32+858 al - 43+000.



pesos)

VPN/Costo TIR

Sobrecarpeta 275.922 39.412 660.0

Rehabilitación con

concreto hidráulico

572.812 4.389 59.9

122

La decisión a tomar en este caso no es sencilla ya que, el VPN generado por la

alternativa de rehabilitación con concreto resulta más de 100% mayor con respecto al de la

alternativa de mantener el pavimento asfáltico. Sin embargo, la relación beneficio/costo

refleja una ventaja de 10 veces a favor de la conservación basada en sobrecarpetas. Esto se

puede explicar en parte por la diferencia de costos de las acciones, y en segundo, por la

efectividad de la sobrecarpeta reflejada en el IRI, a partir del año 2012. Si el estándar de las

sobrecarpetas se hubiera definido con un criterio de intervención más exigente (IRI < 5), la

primera sobrecarpeta se habría aplicado a una edad mas temprana, eliminando la ventaja de

la reconstrucción durante los primeros años, y aunque la sobrecarpeta se hubiera aplicado 2

veces, habría sido más económica y al mismo tiempo más efectiva.

Con todo lo anterior se decide que la opción mas conveniente es la sobrecarpeta .

6.5 Alternativa base para el tramo Km 106+000 al 116+000, Sentido 1

6.5.1 Resultados de la aplicación de la alternativa

La alternativa base de este tramo, contiene los mismos estándares de conservación que la

del tramo anterior y, por ende, genera un comportamiento de IRI muy parecido,

caracterizado por un crecimiento sostenido y sin cambios bruscos (figura 6.22). Lo único

que varía en este caso es el uso de una red de carreteras distinta, que ahora se refiere al

tramo 106+000 - 116+000 , el cual, como se verá en el reconocimiento visual, presenta

condiciones mas desfavorables en todos los aspectos.

123

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alt1Alternativa base

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)

Figura 6.22 Gráfico de regularidad media por tramos para la alternativa base,

segmento 106+000 – 107+000.

6.5.2 Variación del tiempo de intervención para bacheo. Una prueba extra para el estándar de bacheo, consistió en la variación del tiempo de

intervención para esta acción en un tramo de carretera. En este caso no se modifica

propiamente el estándar de bacheo, sino un parámetro incluido en las características de la

red de carreteras.

Puesto que el tiempo de intervención para bacheo se define en las redes de carreteras, se

crearon tramos de prueba similares a los segmentos que definen el tramo 106+000 –

116+000, variando el tiempo de intervención .Los tramos de prueba definidos fueron P1 S1

Km. 106+000 al 107+000 y P1 S1 Km. 107+000 al 108+000, con un tiempo de

intervención de 6 meses; P2 S1 Km. 106+000 al 107+000 y P2 S1 Km. 107+000 al

124

108+000, con un tiempo de intervención de 4 meses, y así sucesivamente hasta llegar al

tramo P6 S1 Km. 106+000 al 107+000 y el P6 S1 Km. 107+000 al 108+000 con un periodo

de intervención menor a dos semanas. Se aplicaron dos estándares mínimos de

conservación que ya se encontraban en la base de datos del programa, y que incluyen un

riego de sello junto con un sellado de grietas. La descripción detallada de dichos estándares

no se incluirá en este apartado, pues no es el objetivo del mismo, sino que simplemente se

reportarán los resultados de las evaluaciones.

Hay que hacer notar que se tuvieron que elaborar nuevos segmentos y no nuevos

estándares, ya que el tiempo de intervención es una característica de la red de carreteras, por

lo menos de acuerdo con el HDM-4, y no una característica de las tareas de conservación.

Resultados

Después de analizar el tiempo de aparición de los baches, se notó que la variación del

tiempo de intervención no influye en el tiempo de aparición de los mismos, y que sólo se

alcanza a disminuir el número de baches, sin embargo, el año de aparición es muy similar

en todos los casos. Por lo tanto, la variación del tiempo de aplicación sólo genera un factor

de reducción en el número de baches que se producen.

6.6 Evaluación de alternativas para la reposición de la capa de desgaste en el tramo

106+000 - 116+000 Sentido 1

Los estándares de conservación de esta evaluación de alternativas son los mismos que se

utilizaron en el apartado 6.2 de este trabajo, ya que lo único que cambia es la red de

carreteras usada. Se procede entonces al análisis de resultados.

125


Esta evaluación produce resultados muy similares a los de la evaluación 6.2 . El mortero

asfáltico desarrolla valores de IRI igualmente entre 5 y 8, y se aplica cada 2 años

aproximadamente. Sin embargo, el IRI crece gradualmente, y el deterioro estructural del

pavimento es inevitable. Por otro lado, la microcarpeta se comporta de manera muy

parecida a la evaluación del apartado 6.2. El riego de sello muestra un comportamiento muy

similar al de la alternativa base. Nuevamente, se obtuvieron resultados muy similares para

todos los segmentos del tramo, como puede apreciarse en las gráficas de las figuras 6.23 y

6.24.



sello.

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alternativa baseMicrocarpetaIRI>=3.5Mortero asfÓlticoRiego de sello

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)

126

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alternativa baseMicrocarpetaIRI>=3.5Mortero asfÓlticoRiego de sello

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)



sello.


En la tabla 6.15 se concentran los resultados del análisis económico realizado para este

caso.



pesos)

VPN/Costo TIR

Riego de sello 0 0 Sin solución

Mortero asfáltico 180.280 28.916 96.2

Microcarpeta 390.763 41.700 379.3

127

De acuerdo a los resultados, la microcarpeta es la mejor opción en todos los aspectos. Por

lo que se elegirá esta opción como la más adecuada, reiterando que, en estudios posteriores,

será necesario profundizar en las consideraciones utilizadas por el HDM-4 para modelar

este tipo de acciones.

6.7 Evaluación de alternativas para realizar conservación periódica en el tramo

106+000 - 116+000 , Sentido 1


En esta evaluación, se tuvo cierta dificultad para identificar la mejor opción desde el punto

de vista técnico al consultar los gáaficos de regularidad media por tramos. Como en este

tramo los valores de IRI son más altos que en el tramo anterior, prácticamente ambas

acciones se aplican en los primeros años. Con referencia a las figuras 6.25 y 6.26, la

alternativa de la sobrecarpeta genera mejores valores de IRI en los 8 años posteriores a la

primera aplicación, sin embargo, luego viene un periodo de ventaja de la microcarpeta

producida por una tercera aplicación, ya que la sobrecarpeta sólo ha sido aplicada una vez.

La sobrecarpeta es una mejor alternativa a lo largo de 9 años aproximadamente y es

aplicada en 2 ocasiones a lo largo de 20 años. Como conclusión se podría decir que las

sobrecarpetas generan mejores resultados desde el punto de vista técnico, o sea una mayor

eficacia cuando se aplica periódicamente, y en este caso esto se produce gracias a los

elevados valores iniciales de IRI en el tramo.

128

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alternativa baseMicrocarpetaIRI>=3.5Sobrecarpeta IRI>=5

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)


sentido 1, aplicando las opciones de sobrecarpeta y microcarpeta.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alternativa baseMicrocarpetaIRI>=3.5Sobrecarpeta IRI>=5

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)

Figura 6.26 Gráfico de regularidad media por tramos, segmento108+200 - 108+280,

sentido 1, aplicando las alternativas de sobrecarpeta y microcarpeta.

129


La tabla 6.16 resume los resultados del análisis económico

Tabla 6.16 Resumen del análisis económico.


pesos)

VPN/Costo TIR

Microcarpeta 390.763 41.700 379.3

Sobrecarpeta 376.473 43.488 342.4

Después de observar los indicadores económicos y las gráficas de evolución del IRI, se

concluye que este caso de análisis resulta el más complicado para la selección de la mejor

alternativa de conservación. En el VPN, la microcarpeta presenta una ligera ventaja con

respecto a la sobrecarpeta, y en la relación VPN/Costo la sobrecarpeta presenta una ventaja

igualmente pequeña. Lo que quiere decir que en cuestión de rentabilidad ambas opciones

son muy similares. El único factor a resaltar para tomar la decisión, es lo que se había

comentado anteriormente acerca del incremento en el número estructural que el HDM-4

considera para los pavimentos tratados con microcarpetas. Con la experiencia que se tiene

acerca de los comportamientos de las sobrecarpetas y las microcarpetas, se elige entonces la

opción de sobrecarpeta , pues el mejoramiento estructural del pavimento gracias a la

microcarpeta es mas bajo de lo que considera el programa y, teniendo esto en cuenta , los

costos de los usuarios no se reducirían en los montos calculados por el programa, por lo que

el beneficio económico seria menor, y finalmente, lo anterior se podría ver reflejado en

todos los indicadores . Por lo tanto se elige a la sobrecarpeta como la mejor alternativa de

conservación.

130

6.8 Análisis de factibilidad para la rehabilitación del tramo 106+8000 - 116+000

utilizando pavimento de concreto hidráulico.


En esta evaluación se da un comportamiento parecido al del caso anterior. Dado

el elevado IRI inicial, y de acuerdo con los gráficos de regularidad mostrados en las

figuras 6.27 y 6.28, la sobrecarpeta se aplica al inicio del segundo año, y genera valores de

IRI inferiores a los producidos por la rehabilitación en concreto, durante 11

años aproximadamente. Al final del año 2022 se realiza una segunda intervención con

sobrecarpeta, sin embargo, se sabe la diferencia de costos entre una y otra alternativa y

lo poco que afecta esto en los costos finales. Esto podría arrojar resultados satisfactorios

de la sobrecarpeta al final del análisis, lo cual, sin embargo, se juzgará al revisar los

indicadores económicos correspondientes.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alternativa baseReconstrucci=n enconcretoSobrecarpetaIRI>=5

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)



131

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Alternativa baseReconstrucci=n enconcretoSobrecarpetaIRI>=5

Año

Reg

ular

idad

Med

ia (m

/km

)




En la tabla 6.17 se presenta el resumen de los resultados del análisis económico.



pesos)

VPN/Costo TIR

Rehabilitación con

concreto hidráulico

298.442 2.319 32.4

Sobrecarpeta 376.473 43.488 342.4

Finalmente, como se anticipaba en el análisis de las gráficas de IRI, se aprecia en los

indicadores económicos una clara ventaja de la sobrecarpeta sobre la rehabilitación con

132

concreto, y aunque esto no se esperaba como resultado final, se considerará a la

sobrecarpeta como la opción más conveniente.

6.9 Fotografías del reconocimiento visual hecho en los tramos 32+858 -

43+000 y 106+000 - 116+000.

A continuación se incluyen las imágenes obtenidas durante el reconocimiento visual

hecho a los tramos, las cuales ayudaron en el proceso de segmentación de los mismos y en

la mejor valoración del estado del pavimento.

Las fotografías se obtuvieron con la cooperación del Ing. Roberto Hernández , quien

trabaja en el Instituto Mexicano del Transporte, y que colaboró en gran medida para

obtener las fotografías mas representativas y que aportaran mayor información acerca de

los tramos.

Figura 6.29 Fotografía del tramo 32+858 - 43+000, sentido 1.

133



134



135



136


Figura 6.37 Fotografía del tramo 106+000 - 116+000, sentido 1

137



138


139

Documents

CAPITULO 6 COMPARACION DE ALTERNATIVAS DE ...catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/cortes_p...conservación periódica y reconstrucción. Sin embargo, en este caso y a solicitud