El documento describe el uso del modelo HDM-4 para desarrollar una cartera de proyectos de conservación periódica de caminos pavimentados en la Región de Los Ríos de Chile. Se resumen los resultados de la cartera, incluyendo proyectos de conservación propuestos para diferentes caminos entre 2011-2015. También se explica brevemente la historia y propósito del modelo HDM, así como estudios previos para calibrar los modelos a condiciones locales chilenas.
2. Estado del
Camino
Datos de
Tránsito: Censos
y Contadores
Plan Estratégico de
Carreteras
Apoyo Técnico a la
Autoridad para la
Toma de Decisiones
Estimación Detallada de
los Niveles de Proyectos:
Estándares, Obras, Pptos.
Investigación
INPUTS OUTPUTS
HDM-4Base de Datos
Costos
Concluir
Inspeccionar
Procesar
Integración del Sistema de
Gestión Vial
3. Evaluar Cambios de Estándar y
Necesidades de Conservación
Definir Estándares en Caminos
bajo Administración de la
Dirección de Vialidad
Definir Estándares en Carreteras
Concesionadas
• Objetivos y Resultados
RESOLVER: ¿Qué? ¿Dónde? ¿Cuándo?
¿Para Qué Usar Modelos?
Conservar, Construir, Reparar, Reforzar:
Planificar y Evaluar
4. • Software para la Evaluación Técnica y Económica de
Inversiones y Mantenimiento de Redes Viales.
• Relaciones Físicas y Económicas Derivadas de un
Extenso Estudio sobre el Deterioro de los Caminos, el
Efecto de su Mantenimiento y el Impacto en los Costos
de los Usuarios (Costos de Operación + Tiempo de
Viaje).
• Cuantificación de los Beneficios Sociales de la
Inversión Producto del Ahorro en los Costos de los
Usuarios.
¿Qué es el Modelo HDM?
5. • Modelos Matemáticos que Determinan el Inicio y la Progresión de
cada Deterioro en Función del Tipo de Camino, Tránsito y Clima.
Funcionamiento General de HDM-4
Modelos de deterioro de HDM-4 son del tipo incremental:
ACRAb = kiiACRAa + kip ACRA
Fin de año = comienzo de año + incremento
Este concepto es aplicado para el resto de los modelos
Deterioro
Edad
Curva calibrada
de deterioro
Curva sin calibrar
(Ki = 1)
Deterioro
Edad
Curva calibrada
de deterioro
Curva sin calibrar
(Ki = 1)
D1
Dn
Dk
6. Banco Mundial M.I.T.
(HCM)
Banco Mundial, TRRL
y LCPC
Highway Cost Model
Estudio India (77-83)
Estudio Caribe (77-82)
VOC
Banco Mundial
Estudios HDM
ISOHDM
(93-96) HDM-4 1996
HDM III /81TRRL RTIM /75
Estudio Brasil (75-84)
VOC-RDME
Estudio Kenya TRRL
(71-75)
VOC-RDME
RDME
VOC
TRRL RTIM2 /82 HDM III /87
TRRL RTIM3 /93 HDM-VOC1995
HDM-Q
HDM-PC
7. HDM-III (año 1981-1987)
•Datos de proyecto
•Flota vehicular (1980)
•Estándares
•Voc-III
•RDME-AC-III
•Evaluador (Social)
HDM-4 (año 2000)
•Datos de proyecto
•Flota vehicular Nueva (16 Mot.)
•Vehículos No Motorizados (7)
•Estándares Nuevos
•Voc-4
•RDME-AC-4
•RDME-Horm-4 (Chile)
•Evaluador (Social)
Comparación General de los Modelos HDM
•Congestión
•Textura y Resistencia al Deslizamiento del Pav.
•Climas Fríos
•Seguridad Vial
•Efectos Medioambientales
Basado en Estudios
Realizados desde
1971 a 1984 (Kenia,
El Caribe, India y
Brasil)
Se requería
Incorporar Nuevos
Modelos, Actualizar y
Complementar los
Existentes e incluir
nuevas acciones de
Conservación,
Vehículos y Tipos de
Pavimentos)
Road Deterioration and Maintenance Effects
8. • La cartera de proyectos es realizada en base a parámetros
técnicos. Fue Desarrollada Usando el Programa HDM-4 Adaptado
ó Calibrado a Condiciones Locales de Chile
Se evalúan 15.000 km
(aprox.) de caminos
pavimentados
Desarrollo de una Cartera de Proyectos de
Conservación Periódica
10. • Cuando el Nivel de Deterioro alcanza el Umbral (límite) especificado por el
usuario se gatilla la acción de conservación preestablecida o se programa
independiente del nivel de deterioros.
Cuándo se Ejecuta una Acción de
Conservación?
11. Calibrar Modelos de
Deterioro: SI o SI
Deterioro
Edad
Curva calibrada
de deterioro
Curva sin calibrar
(Ki = 1)
Deterioro
Edad
Curva calibrada
de deterioro
Curva sin calibrar
(Ki = 1)
No se puede desarrollar un set
de proyectos si los modelos no
han sido calibrados
12. Resultados de la Cartera De Proyectos Regionales de
Conservación
Generar una proposición de
Conservación por Camino Evaluado
Factible de Implementar
Año 2011 Año 2012 Año 2013 Año 2014 Año 2015
Ruta 5 Longitudinal Sur, sector: Lanco (Límite
Regional) - Pichirropulli (Límite
Regional)
HDM4 H U 769,35 774,00 4,65 - SELLO J.A. - SELLO J.A. RE.DRENES
Ruta 203 CH HDM4 A U 1,00 2,00 1,00 RECA T1 - - - -
HDM4 A U 4,00 5,00 1,00 - RECA T1 - - -
HDM4 A U 15,00 16,00 1,00 - RECA T1 - - -
HDM4 A U 20,00 21,00 1,00 - RECA T1 - - -
HDM4 A U 24,00 25,00 1,00 - RECA T1 - - -
HDM4 A U 39,00 44,00 5,00 RECA T1 - - - -
T-39 HDM4 A U 0,00 42,00 42,00 - - REPA T5 - -
HDM4 A U 42,00 47,00 5,00 RECA T1 - - - -
HDM4 A U 47,00 56,00 9,00 - - RECA T1 - -
HDM4 A U 56,00 56,32 0,32 RECA T1 - - - -
T-70 Cruce Longitudinal - La Unión HDM4 H U 0,00 8,00 8,00 - - - SELLO J.S. CEPILLADO
T-71 Cruce Longitudinal - Río Bueno HDM4 H U 0,00 3,25 3,25 - SELLO J.A. - SELLO J.A. -
Ruta 205 HDM4 A U 0,00 12,00 12,00 - - - - RECA T1
HDM4 A U 12,00 14,00 2,00 RECA T1 - - - -
HDM4 A U 14,00 15,00 1,00 - - - - RECA T1
HDM4 H U 16,00 19,00 3,00 - SELLO J.A. - SELLO J.A. -
HDM4 H U 19,00 21,00 2,00 - SELLO J.A. - SELLO J.A. RE.DRENES
HDM4 H U 21,00 22,00 1,00 - SELLO J.A. - SELLO J.A. -
HDM4 A U 22,00 28,00 6,00 - - - - RECA T1
HDM4 A U 28,00 34,00 6,00 RECA T1 - - - -
PAM A U 34,00 35,00 1,00 REPA T1 - - - -
HDM4 H U 35,00 43,00 8,00 - SELLO J.A. - SELLO J.A. -
PAM H U 43,00 45,00 2,00 R. LOSAS - - - -
HDM4 A U 45,00 45,23 0,23 RECA T1 - - - -
PAM A D 45,23 48,37 3,14 REPA T1 - - - -
PAM A U 48,37 48,91 0,54 REPA T1 - - - -
Ruta 207 HDM4 A U 0,00 1,00 1,00 RECA T1 - - - -
HDM4 A U 1,00 43,84 42,84 - - - - RECA T1
HDM4 H D 43,84 47,62 3,78 - SELLO J.A. - SELLO J.A. RE.DRENES
T-55 HDM4 A U 34,22 36,00 1,78 - - - REPA T6 -
HDM4 A U 36,00 38,00 2,00 - - - REPA T5 -
HDM4 A U 38,00 39,00 1,00 - REPA T5 - - -
HDM4 A U 39,00 51,84 12,84 - - - REPA T5 -
HDM4 A U 53,83 59,00 5,17 - - - REPA T5 -
HDM4 A U 59,00 60,00 1,00 - REPA T5 - - -
HDM4 A U 60,00 74,00 14,00 - - - REPA T5 -
HDM4 A U 74,00 74,95 0,95 - REPA T5 - - -
T-60 HDM4 H U 0,00 3,00 3,00 - - - - SELLO J.S.
PAM H U 3,00 4,00 1,00 R. LOSAS - - - -
HDM4 H U 4,00 10,00 6,00 - - - - SELLO J.S.
PAM H U 10,00 11,00 1,00 CEPILLADO - - - -
HDM4 H U 11,00 20,00 9,00 - - - - SELLO J.S.
PAM H U 20,00 20,89 0,89 CEPILLADO - - - -
HDM4 A U 50,00 51,00 1,00 REPA T6 - - - -
Actividades de ConservaciónOrigen
Datos
Cruce Longitudinal (Lanco) - Panguipulli -
Paso Huahum
Cruce Longitudinal (Los Lagos) -
Panguipulli
Cruce Ruta T-39 (Los Lagos) - Futrono -
Llifén
Cruce Longitudinal (Mariquina) -
Valdivia
Cruce Longitudinal (Paillaco) - Valdivia
Cruce Ruta 207 - Los Ulmos - La Unión
CARTERA DE PROYECTOS QUINQUENAL DE CONSERVACIÓN PERIÓDICA DE LA RED PAVIMENTADA PERÍODO 2011-2015
XIV REGIÓN DE LOS RÍOS
Rol Nombre
Tipo
Carpeta
Calzada Ki Kf
Longitud
(Km)
13. • Plan de Control y Seguimiento de Pavimentos de Hormigón (1984–1988).
• Evaluación de la Eficacia de la Conservación en Pavimentos Asfálticos y de Hormigón (1989–1992).
• Investigación y Transferencia Tecnológica en el Área Vial (1994-1997).
• Seguimiento de Pavimentos de Hormigón (1994-1997).
• Modelos de Deterioro de Recapados Asfálticos (1994-1996).
• Calibración para ampliar modelos de deterioro de pavimentos asfálticos (1994-1996).
• Calibración de Modelos de Rugosidad Máxima, Rugosidad Mínima, Perdida de Material y Efecto del
Reperfilado en caminos no Pavimentados (1999)
• Calibración de algunos Modelos de Deterioro de Pavimentos de Hormigón (2000-2001).
• Calibración de algunos Modelos de Deterioro de Pavimentos Asfálticos (2000-2001) – Adicionalmente se
Calibran algunos Modelos en HDM-III.
• Análisis Comparativo de los Modelos HDM-III y HDM-4 (abril 2001).
• Análisis de Sensibilidad del Modelo HDM-4 y Actualización de la Metodología para la Estimación de los
Costos de Operación Vehicular (Inicio octubre de 2004).
• Seguimiento Pav. Hormigón y Recapados Asfálticos, 2009.
• Seguimiento Pavimentos Asfálticos, 2010.
• Año 2016 “Actualización Parámetros Modelos HDM-4” y Nueva Flota Vehicular.
HDM-III
HDM-4
Estudios para Implementar la Gestión
de la Red Vial:
14. Mediante el Seguimiento de
Zonas Testigo a lo Largo de
Todo el País (1985), se Logra
Desarrollar:
A1
A2
A3
A1
A2
A3
Deterioro
Edad
Curva calibrada
del deterioro
B2
B1
B3
Edad
Deterioro
B1
B2
B3
Curva calibrada
del deterioro
Modelo para pavimentos
con características “A”
Modelo para pavimentos
con características “B”
A1A1
A2A2
A3A3
A1
A2
A3
Deterioro
Edad
Curva calibrada
del deterioro
Curva calibrada
del deterioro
B2B2
B1B1
B3B3
Edad
Deterioro
B1
B2
B3
Curva calibrada
del deterioro
Curva calibrada
del deterioro
Modelo para pavimentos
con características “A”
Modelo para pavimentos
con características “A”
Modelo para pavimentos
con características “B”
Modelo para pavimentos
con características “B”
Primeros Pasos: (Instrumentación) – 80’S
Límite 100 %
Grietas Anchas
Todas las
Grietas
Inicio
Progresión Rehabilitación
Edad
Area(%)
15. Nuevo Estudio Año 2016: Desarrollado por la
Consultora APSA S.A
“Actualización Parámetros Modelos HDM-4”
Objetivos:
•Calibrar los Modelos de: Agrietamiento, Baches,
IRI, Ahuellamiento, Escalonamiento (anterior
años 2009 y 2010)
•Calibrar otros Modelos que Proponga el Consultor
(Ejem: Grietas Térmica)
•Actualizar la Flota Vehicular (anterior año
2004)
•Ajustar los Parámetros de los Modelos de la Nueva
Flota (Velocidad y Consumos)
16. Cartografía de Chile Según Criterios de Wladimir Köppen.
Deterioro
Edad
Curva calibrada
de deterioro
Curva sin calibrar
(Ki = 1)
Deterioro
Edad
Curva calibrada
de deterioro
Curva sin calibrar
(Ki = 1)
Deterioro
Edad
Curva calibrada
de deterioro
Curva sin calibrar
(Ki = 1)
Deterioro
Edad
Curva calibrada
de deterioro
Curva sin calibrar
(Ki = 1)
.
.
.
.
.
1
n
Nuevo Estudio Año 2016: Considera Nuevas
Zonas Climáticas
18. Observed
Predicted
D a t a
O b s e r v ed = P re d ic t e d
Lo w Bi as
Lo w Pr ecision
Observed
Predicted
D at a
O b s er v e d = P red ic t e d
L ow Bia s
High Pre cisi on
Observed
Predicted
D at a
O b s e r v ed = P re d ic te d
High Bi as
High Pre cisi on
Observed
Predicted
D at a
O bs er v e d = P r ed ic t e d
Hi gh Bias
Lo w Pr ecision
A B
C D
BAJO S ESGO
ALTA PRE CIS IÓN
BAJO SESGO
BAJA P RE CISIÓ N
ALTO S ESGO
ALTA PRE SICIÓN
ALTO SESGO
BAJA PRESICIÓ N
Da tos
D atos
Da tos
Da tos
Ob ser vad o s Ob ser va d os
Ob se rvad os Ob ser va d os
Observados =Predichos
Ob se rvad o s=Pred i ch o s Ob ser vad os=Pred icho s
Observados =Predichos
Predichos
Predichos
Predichos
Predichos
Precisión y Sesgo de una Población de Datos
•¿Qué tan “buenos” son los datos
disponibles representando las condiciones
reales en el modelo?
•¿Qué tan “acertadas” son las predicciones
y si las mismas responden a las condiciones
existentes?
21. Factor de Calibración Modelo de Deterioro
Kf Relación estación húmeda/seca SNP
Kddf Factor de drenaje
Kcia Inicio total de grietas estructurales
Kciw Inicio total de grietas anchas
Kcpa Progresión total de grietas estructurales
Kcpw Progresión total de grietas anchas
Kcit Inicio grietas térmicas transversales
Kcpt Progresión grietas térmicas transversales
Krid Ahuellamiento – Densificación inicial
Krst Ahuellamiento – Deterioro estructural
Krpd Ahuellamiento – Deformación plástica
Krsw Ahuellamiento – Desgaste superficial
Kvi Inicio de pérdida de áridos
Kvp Progresión de pérdida de áridos
Kpi Inicio de baches
Kpp Progresión de baches
Keb Quiebre de borde
Kgm Rugosidad – Medio Ambiente
Kgs Rugosidad – Estructura
Kgc Rugosidad – Grietas
Kgr Rugosidad – Ahuellamiento
Kgp Rugosidad – Baches
Ktd Profundidad de la textura
Ksfc Resistencia al deslizamiento
Ksfcs Resistencia al deslizamiento – efecto velocidad
Pavimentos Asfálticos: Parámetros de Calibración
22. Regiones
Estudio 2009
# Categorías
Regiones
Estudio 2016
# Categorías
Norte 8
Norte-Altiplano 8
Norte-Costa 3
Centro 9
Centro-Cordillera 1
Centro-Valle
Central
7
Centro-Costa 3
Sur 8 Sur-Valle Central 4
Total 25 Total 26
Tipo de Pavimento
Estudio 2009-2016
# Categorías
Tipo de Pavimento
Estudio 2009
# Categorías
Tipo de Pavimento
Estudio 2016
Mezcla Asfáltica sobre
Base Granular
7 8
Recapados 6 4
Tratamiento Superficial
Sobre Base Granular
12 14
Total 25 26
Comparación Calibraciones: 2009-2016
23. CÓDIGO
Clima-
Tránsito-
Capacidad
Estructural
Tipo de Pavimento
SN
[inch]
Espesor Capa
de Rodadura
[mm]
Espesor
Anterior [mm]
CBR
AMA001 N-A B A MAC GB N 3.23 55.00 - 34.22
AMA002 N-A M A MAC GB N 3.01 50.00 - 26.82
AMA003 N-A Mb A MAC GB N 3.20 70.00 - 30.53
AMA004 C-CS B A MAC GB N 3.61 54.91 - 18.35
AMA005 C-CS Mb A MAC GB N 3.23 80.00 - 18.33
AMA006 C-VC B A MAC GB N 3.54 60.00 - 24.37
AMA007 C-VC Mb A MAC GB N 3.70 60.00 - 22.64
AMA008 S-VC Mb A MAC GB N 3.03 60.00 - 26.00
ARE009 N-A B A MAC GB R 3.23 60.00 25.00 34.22
ARE010 C-VC B M MAC GB R 3.07 70.00 25.00 30.25
ARE011 C-VC M M MAC GB R 3.95 70.00 25.00 39.54
ARE012 S-VC B A MAC GB R 3.36 60.00 25.00 18.13
ATS013 N-A B B TS GB N 1.56 25.00 - 17.23
ATS014 N-A B M TS GB N 2.01 25.00 - 34.26
ATS015 N-A Mb B TS GB N 1.35 25.00 - 19.08
ATS016 N-A Mb M TS GB N 1.70 24.56 - 50.96
ATS017 N-CS Mb B TS GB N 1.34 25.00 - 31.92
ATS018 N-CS Mb M TS GB N 1.76 25.00 - 41.33
ATS019 C-Cr Mb B TS GB N 1.56 24.87 - 19.11
ATS020 C-CS Mb B TS GB N 1.74 25.00 - 15.60
ATS021 C-VC B B TS GB N 1.68 24.57 - 17.26
ATS022 C-VC Mb B TS GB N 1.69 24.97 - 17.01
ATS023 S-VC B B TS GB N 1.81 25.00 - 13.87
ATS024 S-VC Mb B TS GB N 1.84 25.00 - 13.44
Propuesta inicial de valores estructurales
representativos de las familias a calibrar
24. Categoría Clasificación Estructura Kcia Kcpa
AMA001 N-A B A MAC GB N 0.43 0.75
AMA002 N-A M A MAC GB N 0.40 0.50
AMA003 N-A Mb A MAC GB N 0.28 0.45
AMA004 C-CS B A MAC GB N 1.17 0.50
AMA005 C-CS Mb A MAC GB N 0.50 0.62
AMA006 C-VC B A MAC GB N 0.50 0.20
AMA007 C-VC Mb A MAC GB N 0.76 0.65
AMA008 S-VC Mb A MAC GB N 0.65 0.65
ARE009 N-A B A MAC GB R 0.15 0.74
ARE010 C-VC B M MAC GB R 0.90 2.00
ARE011 C-VC M M MAC GB R 0.43 1.00
ARE012 S-VC B A MAC GB R 1.00 0.80
ATS013 N-A B B TS GB N 0.19 1.00
ATS014 N-A B M TS GB N 1.00 1.00
ATS015 N-A Mb B TS GB N 0.60 1.00
ATS016 N-A Mb M TS GB N 0.67 0.68
ATS017 N-CS Mb B TS GB N 1.00 1.00
ATS018 N-CS Mb M TS GB N 1.00 1.00
ATS019 C-Cr Mb B TS GB N 0.45 0.75
ATS020 C-CS Mb B TS GB N 1.00 1.00
ATS021 C-VC B B TS GB N 1.05 1.00
ATS022 C-VC Mb B TS GB N 0.20 0.35
ATS023 S-VC B B TS GB N 1.00 1.00
ATS024 S-VC Mb B TS GB N 0.15 0.40
Coeficiente del Modelo de Agrietamiento Total
25. Pavimentos de Hormigón:
Parámetros a Calibrar:
Modelo de Deterioro Tipo de Deterioro
Agrietamiento
Agrietamiento
Transversal
Escalonamiento Escalonamiento
Despontillamiento
Despontillamiento de
juntas
Regularidad IRI
26. En los Modelos incrementales se tiende a sobrestimar
los resultados del modelo absoluto. Esto se debe a la
naturaleza finita de la acumulación de los errores
introducidos durante el proceso incremental
Diferencia entre las tendencias de los modelos incremental y absoluto (Morosiuk, 2013)
27. Pavimento Climas
Rígido
Norte - Costa
Norte – Altiplano
Centro – Costa
Centro - Valle Central
Centro - Cordillera
Sur- Costa
Sur - Valle Central
Sur – Cordillera
Austral Cordillera + Chiloé
Clasificación según Clima:
28. CÓDIGO
Clima-Tránsito-Capacidad
Estructural
Tipo de Pavimento
Espesor
Losa
[mm]
Espesor
Capa Base
[mm]
Largo
Losa
[m]
Módulo de
Reacción de la
Subrasante
[MPa/m]
PR-CN Norte Hormigón tradicional 190 150 5.8 75.1
PR-CSCs-TM-
CAM
Centro/Sur Costa-Medio-
Alta/Media
Hormigón tradicional 220 160 3.0 81.6
PR-CSVC-TM-CA
Centro/Sur Valle Central-
Media-Alta
Hormigón tradicional 220 180 4.5 83.0
PR-CSVC-TB-CA
Centro/Sur Valle Central-
Bajo-Alta
Hormigón tradicional 200 180 4.8 80.1
PR-CSVC-TM-CM
Centro/Sur Valle Central-
Media-Media
Hormigón tradicional 180 150 4.3 97.6
PR-CSVC-TB-CM
Centro/Sur Valle Central –
Bajo-Media
Hormigón tradicional 180 150 4.6 91.2
PR-AS-TB-CA Austral-Bajo-Alta Hormigón tradicional 200 370 3.3 77.4
Valores iniciales de las Familias a calibrar:
Pavimento Rígido: PR
Zona climática: Norte (N), Centro (C), Sur (S) y Austral (AS) - Costa (Cs),
Valle Central (VC) Cordillera (C).
Tránsito: Alto (TA) Medio (TM), Bajo (TB)
Capacidad Estructural: Alta (CA), Media (CM), Baja (CB)
30. •Un Set de Modelos de Predicción sin Calibrar es como Navegar sin Instrumentos
•Todo lo que se pueda Invertirse (Tiempo y Recurso) en Calibrar Modelos es una
Ganancia Neta para la Agencia Vial
•Un Modelo ES UNA SIMULACIÓN – NO ES LA REALIDAD – pero es lo que más se parece.
•Los Modelos NO tienen la Capacidad de Explicar todo, sino que explican para lo cual
fueron desarrollados y bajo ciertas condiciones de Borde
•Un Modelo no sustituye el Criterio del Profesional y todo lo que el modelo no puede
explicar debe explicarlo el Profesional que usa el Modelo.
•El seguimiento de los Pavimentos es una tarea continua y de gran valor agregado: no
debe abordarse como algo anexo a las labores de la Agencia sino como parte Central de
su Sistema de Gestión.
•Las sucesivas Calibraciones han demostrado que SI hay diferencias (a veces
sustanciales) entre lo que predice un Modelo Calibrado y uno No Calibrado.
•El seguimiento de los pavimentos exige contar con Datos Duros de Inventario Vial e
Historia de los pavimentos: esto no siempre ha sido óptimo pero se está avanzando.
Principales Conclusiones