(03) Introducción al Modelo HDM.pdf

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Curso de Actualización Profesional
FL – GIV - 001
“Introducción al modelo HDM”
Por: Mario Rafael Becerra Salas

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1.- El HDM como parte de un SGV

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"Conjunto de herramientas o métodos para asistir a los
responsables de tomar decisiones a encontrar estrategias
económicamente efectivas a efectos de proveer, evaluar y mantener
pavimentos en condiciones de servicio" (FHWA)
Pavimento: estructura formada por un conjunto de capas sobre el
suelo de fundación de un camino, destinada a facilitar y hacer más
confortable y seguro el tránsito de vehículos
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SGV

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El Sistema de Gestión puede aplicarse a nivel de red de caminos
(vecinales, provincial, nacionales), o para un proyecto específico (un
tramo de una ruta o una calle vecinal)
• Nivel de red: optimización de
partidas y recursos asignados,
información a nivel global
• Nivel de proyecto: datos
detallados y precisos (tránsito,
materiales, suelo), diseño y
selección de alternativas
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Sistemas de Gestión

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Módulos de un SGP
RETROALIMENTACION
BASE DE DATOS
Inventario de
características físicas
Evaluación
de condición
ANALISIS
Métodos
de
Asignación
de
Prioridades
Análisis
de la
Condición
del
Pavimento
Métodos
de
Optimización
RETROALIMENTACION
BASE DE DATOS
Inventario de
Evaluación
de condición
BASE DE DATOS
Inventario de
Evaluación
de condición
Inventario de
Evaluación
de condición
ANALISIS
Métodos
de
Asignación
de
Prioridades
Análisis
de la
Condición
del
Pavimento
Métodos
de
Optimización
ANALISIS
Métodos
de
Asignación
de
Prioridades
Análisis
de la
Condición
del
Pavimento
Métodos
de
Optimización
Métodos
de
Asignación
de
Prioridades
Análisis
de la
Condición
del
Pavimento
Métodos
de
Optimización

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• INVENTARIO:
• Contiene información "permanente" de
las rutas. Programas computacionales de
bases de datos de tipo comercial
(Access, ORACLE, etc.), o bien
desarrollados “ad-hoc” para el sistema
(HDM-4)
• La información debe ser confiable,
actualizada y en la cantidad necesaria
• En los SGP más sofisticados está
habitualmente asociado a Sistemas de
Información Geográfica (GIS), con uso de
mecanismos de geo-referenciación (GPS),
videofilmación, etc.
Bases de datos

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Elementos del Inventario
• Clasificación de la ruta o tramo
• Longitud, PKi y PKf de la ruta o tramo
• Tipo de pavimento
• Ancho y número de trochas
• Características planialtimétricas
• Tipo y espesor de capas constituyentes del pavimento
• Características físicas de los materiales de las capas
• Tipo de drenaje
• Características de la banquina
• Historial de construcción y mantenimiento
• Factores climáticos (temperatura, precipitaciones, heladas,
etc.)
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Datos de Tránsito
Información que se actualiza
periódicamente
Censos de tránsito: TMDA, % de
tipos de vehículos,
configuraciones de vehículos
pesados, etc. Métodos de
conteo manual o
automatizado
Cargas de tránsito: estaciones de
pesaje (básculas) o toma de
los datos con vehículo en
movimiento (Weight-in-
Motion, WIM)
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Datos de Estado de Pavimentos
DATOS DE ESTADO DE LOS PAVIMENTOS
Para conocer objetivamente su situación real
Para calibrar modelos de predicción de deterioro
Indicadores o parámetros básicos:
Deterioros superficiales
Fisuras, deformaciones, ahuellamiento, etc.
Escalonamiento y deterioro de juntas
Calidad de rodadura (rugosidad - IRI)
Capacidad estructural
Fricción y textura superficial (seguridad)
Calificación estandarizada de los
deterioros: Manual SHRP-LTPP (FHWA, 1993)
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Análisis de Necesidades
Selección de la estrategia de conservación más apropiada, en función del análisis de
la condición del tramo.
Curvas de comportamiento: permiten
Predecir la evolución de indicadores de condición
Estimar cuándo y qué tipo de actividades de M&R aplicar
Hacer evaluaciones económicas de mediano y largo plazo
Retroalimentar y calibrar métodos de diseño
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Modelos de Deterioro
Asfalto:
Agrietamiento estructural
Fisuración térmica
Perdida de áridos
Baches
Rotura de Borde
Ahuellamiento
IRI
Concreto:
Agrietamiento de losas
Escalonamiento de juntas
Deterioro de juntas
IRI
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Costo Total
Determinación del Costo Total Global del Transporte
Componentes:
Costos de construcción
Costos de conservación y rehabilitación
Costos de operación de los vehículos
Costos asociados a tiempos de viaje
Costos adicionales por seguridad y contaminación
Costos y beneficios exógenos
Determinación de flujos de costos y del costo total actualizado, para cada
alternativa analizada
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2.- Introducción al Modelo HDM
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Historia del Modelo HDM
de Weille
1966
Highway Cost
Model
1971
Kenya Study
1971-75
HDM-II
1981
Caribbean Study 1977-82
India Study 1976-82
Brazil Study 1975-84
HDM-III
1987
HDM-Manager
1995
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Estudio Internacional para el Desarrollo y Gestión de
Carreteras (ISO – HDM)
• Patrocinadores:
• Banco Mundial (BIRF)
• Departamento para el Desarrollo Internacional
• Banco del Desarrollo de Asia
• SNRA (DNV Suecia) y Otros
• En continuo progreso desde 1993, abarcando:
• Estudios Técnicos (1993~1997)
• Desarrollo y testeo del software (1996~1999)
• La Federación Internacional de Carreteras (World Road Association, PIARC)
conduce la fase de implementación (1999 ~ )
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Estudio ISO - HDM
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Estudios Paralelos
Sponsors
Overseas Development Administration (ODA)
Asian Development Bank (ADB)
Swedish National Road Administration (SNRA)
The World Bank (IBRD)
Asesores Técnicos
SNRA
ADB
 Nuevas
Relaciones
Técnicas
- Pavimentos Asfálticos
- Costos de Usuarios
ODA
 Desarrollo
de Software
FICEM
 Pavimentos
de
concreto
 Pavimentos
Asfálticos
en Climas Fríos
 Seguridad
 Medio Ambiente
Comité Directivo
Secretaría del Proyecto
Universidad de Birmingham

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HDM-III Manager (1995)
Ultima versión oficial del software HDM-III, más sencillo de manejar, para redes
reducidas o tramos de carreteras
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Ingreso de datos
simplificado y por
módulos
Incorpora elementos para
el análisis de congestión
vehicular
Buena capacidad de
presentación de
reportes y gráficos
También bajo ambiente
DOS
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HDM-III Manager (1995)

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Limitaciones del HDM-III
Relaciones desarrolladas corresponden a estudios llevados a cabo en países
tropicales
No se puede analizar asfalto en climas fríos
No se pueden analizar pavimentos de concreto
Técnicas de conservación tradicionales. Además, no permite el análisis de
refuerzos asfálticos sobre hormigón, o viceversa
Los costos de operación corresponden a vehículos de las décadas del ‘70 y ‘80
(tecnología obsoleta)
No considera congestión, efectos sobre el medio ambiente o problemas de
seguridad
Software computacional obsoleto (ambiente DOS)
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2.- Interfaz del HDM4 2.08
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Herramientas de análisis
El HDM4 permite utilizar
tres herramientas de
análisis:
- Herramienta Proyecto
- Herramienta Programa
- Herramienta Estrategia
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Niveles de análisis en HDM-4 versión 2.08
Proyectos: permite evaluar técnica y económicamente un proyecto
individual, y definir las alternativas de conservación, rehabilitación
o mejoramiento global más convenientes
Programas: Permite determinar el conjunto de alternativas más
rentables para un grupo de proyectos, estableciendo un orden de
prioridades en la secuencia de trabajos a ejecutar
Estrategias: Permite analizar el efecto global de la aplicación de
planes generales de mejoras en una red de caminos, desde distintos
puntos de vista (económico, técnico, presupuestal, etc.)
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2
4
Arquitectura general del sistema

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5
Entorno del HDM4 versión 2.08
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6
Entorno del HDM4 versión 2.08
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Configuración inicial
• Patrones de Flujo de Tránsito
• Tipos de Flujos de Velocidad
• Zonas Climáticas
• Conversiones monetarias
• Datos Agregados
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Patrones de Flujo de Tránsito:
• Distribución de frecuencias de datos
de flujo horario
• Un patrón único para cada categoría
de uso de la carretera
• Definido en términos de la cantidad
de horas al año en las que el
volumen de tránsito es un cierto
porcentaje del TMDA
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Volumen de tránsito
- Se puede añadir categorías
- Deben estandarizarse - real

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Modelo de tránsito
- El modelo de tránsito sirve
solo para el cálculo de COV y
TV
- Considera 8,760 horas al año
- Significa la discretización de
periodos en los que se puede
colmar la capacidad de la vía

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1 2 3 4 5 6 7
1 2 (2) * 365 4 (2) * (4) (4) / TMDA
(2) * (4) *
100 / TMDA
PERIODO
PERIODO
(HR)
HORAS POR
AÑO
TRÁNSITO
HORARIO
(VEH/HR)
TRÁNSITO
EN EL
PERIODO
(VEH/DÍA)
HVP %TMDA
1 0.24 87.6 1086 260.64 0.18 4.34
2 0.96 350.4 832 798.72 0.14 13.31
3 1.68 613.2 593 996.24 0.10 16.60
4 8.16 2978.4 296 2415.36 0.05 40.25
5 12.96 4730.4 118 1529.28 0.02 25.49
Total 24 8760 2925 6000.24 100
ESTACIONAL
- Se necesita especificar HVP ó % TMDA
- En este ejemplo se consideró 6,000 TMDA
¿Cómo se calcula?

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Modelo Velocidad / Capacidad

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Modelo Velocidad / Capacidad
- Qo = capacidad límite para
ir a flujo libre
- Qnom = capacidad a la que
convergen los vehículos a
la mínima velocidad
- Qult = capacidad máxima
de la carretera de flujo
estable (antes del colapso)

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3
6
Tipos de Flujo de Velocidades:
• Define las características de flujo de velocidades
• Un tipo de flujo por cada categoría de carretera
• Definida en términos de capacidad última, velocidad en
condiciones de congestión, capacidad de flujo libre, capacidad
nominal y tasas de accidentes
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3
7
• Zonas Climáticas
• Definición global por condiciones
predominantes de temperatura y
humedad
• Parámetros pueden definirse también en
forma individual, si hay suficientes datos
• Datos agregados (Tablas)
• Posibilidad de clasificar en forma
cualitativa a diferentes indicadores
• Tránsito alto – medio – bajo
• Condición buena – regular – pobre –
mala)
• Se asignan valores típicos
representativos a cada una de estas
situaciones
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Datos agregados del tramo
- La idea es relacionar parámetros cuantitativos con cualitativos,
respecto a las condiciones locales

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Parámetros de Calibración
- Otorgan el peso de ciertos parámetros en el deterioro y en el efecto de trabajo

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2
Información a ingresar de tránsito
• Volumen expresado como TMDA
• Composición y tasas de crecimiento
• Categorías; Normal, derivado y generado
• Carga por eje
• Relación entre la capacidad y la velocidad de flujo
• Patrones de flujo del tráfico
• Grado de conflicto entre MT y NMT
• Fricción lateral
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Flota Vehicular
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Clasificación de vehículos
• Categorías
• Transporte motorizado (MT)
• Transporte no motorizado (NMT)
• Clases
• MT: motos, autos, buses, camiones
• NMT: peatones, carretas, bicicletas
• Tipos
• Ejemplo: autos pequeños, medianos o grandes
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Flota Vehicular
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Flota Vehicular
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Características básicas FV
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Costos sociales FV
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• General
• Nombre, categoría, clase y tipo
• Utilización
• Comportamiento
• Características propias del vehículo
• Características de carga
• Costos unitarios
• Parámetros de calibración RUE (Road
User Effects)
• Crecimiento
Datos para la administración de la flota
vehicular
Datos vehiculares
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Crecimiento FV
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El HDM-4 utiliza como unidad de análisis el
segmento homogéneo, el cual se define como
una longitud de carretera en la que el tránsito,
diseño geométrico, diseño estructural y estado
del pavimento son relativamente constantes.
Tramos: Segmentos homogéneos
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Regular Bueno
Alta Baja
Mala Buena
Suelo de Fundación
Capacidad Estructural
Condición Superficial
Regularidad superficial - IRI
Alta Media
Tramo 1 Tramo 2 Tramo 3 Tramo 4 Tramo 5
CBR1
SNP1
IRI1
%grietas
CBR2
SNP2
IRI2
%grietas
CBR3
SNP3
IRI3
%grietas
CBR4
SNP4
IRI4
%Grietas
CBR5
SNP5
IRI5
%Grietas
Clasificación de Condición Estructural y Funcional
TPDA
Tránsito
Tramificación
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Irregularidad superficial
IRI
1
IRI
2
IRI
3
IRI
m
(...
)
Puntos de generación o atracción de
tránsito
Longitud
representativa
Tránsito diario promedio
anual TDPA
2
TDPA
3
TDPA
n
TDPA
1
(...
)
Diseño geométrico
Tramo
1
Tramo
2
Tramo
3
Proyecto
A
Proyecto
B
Proyecto
C
Tramificación
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Red de Carreteras
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5
Red de Carreteras
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Elementos de la Red de Carreteras
• Secciones
• Longitud de la vía que se puede
considerar homogénea en
términos de los atributos físicos
• Es la unidad básica de análisis en
el HDM 4
• Tramos
• Grupo de secciones viales
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• General
• ID, inventario, tráfico, uso y
clase de vía
• Geometría
• Características del pavimento
• Condición de la vía
• Parámetros de calibración
Datos de la Sección vial
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Proyección del deterioro
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• Nombre y
codificación.
• Condiciones de flujo y
velocidad.
• Modelo de tráfico.
• Zona Climática.
• Clase de Carretera.
• Nivel de tráfico.
• Tipo de geometría.
• Tipo de pavimento y
características
cualitativas del mismo.
Condición del pavimento existente
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Clasificación de los pavimentos
• Categoría de la superficie
• Pavimentada
• No Pavimentada
• Clase de superficie
• Asfáltica
• Concreto
• Grava o Tierra
• Tipo de pavimento
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Estándares de trabajo
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• Mantenimiento / Conservación
• Rutinario – se hace todos los años
• Periódico – se hacen cada varios años
• Especiales – labores de emergencia, mantenimiento invernal
• Mejoras
• Ampliaciones, nuevos trazados
• Nueva construcción
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Clase Tipo Actividad / Tratamiento
Mantenimiento
Rutinario
Rutinario sobre
el pavimento
Bacheo, reparación de borde, sellado
de grietas, reposición puntual de
grava, reparación de bermas, etc.
Drenaje Reparacion y limpieza de
dispositivos de drenaje
Rutinaria
Miscelánea
Control de vegetación,
demarcaciones, señalización
Mantenimiento
Periodico:
Tratamientos
Preventivos
Riego de neblina,
rejuvenecimientos
Programado y
Correctivo
Restauraciones
Superficiales
Revestimientos superficiales,
lechada asfáltica, reposicion de
grava
Rehabilitacion Refuerzos, fresados con reposición,
relleno de huella
Reconstruccion Parcial o Total
Actividades
Especiales
Emergencia Remoción de escombros,
reparaciones y limpiezas, remoción
debida a accidentes de tránsito, etc.
Invernales Despeje de nieve, esparcido de sales
o arena, etc

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8
Estándares de conservación o mejoras
• Agrupa uno o más trabajos u operaciones (refuerzo, sellado y bacheo)
• Criterio de intervención
• Programado o por respuesta, incluye límites: tiempo, rugosidad
• Características de diseño
• Pavimento, geometría, tipo y clase de vía
• Efecto de los trabajos
• Resistencia del pavimento, condición, historia, uso de la vía, etc.
• Duración y costos
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Predice el comportamiento de la red de carreteras en función de:
• Volúmenes y cargas de tránsito
• Resistencia del pavimento de las carreteras
• Estándares de Conservación
Cuantifica los beneficios a los usuarios a partir de:
• Ahorros en costos de operación vehicular (VOC)
• Reducción en los tiempos de viaje
• Decrecimiento en el número de accidentes
• Efectos ambientales
¿Cómo trabaja el HDM4?
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Modelos de análisis en HDM-4
Deterioro y Conservación: predice el deterioro
de los pavimentos, el efecto de la aplicación de
actividades de M&R y sus costos
Costos de operación: predice los costos en que
incurren los vehículos, discriminados según los
diferentes tipos de insumos (combustible,
repuestos, tiempo de viaje, etc.)
Efectos ambientales y sociales: estima los efectos
sobre el medio ambiente y la sociedad debidos a
accidentes, polución por emisiones gaseosas y por
ruido
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Comportamiento de la red de
Carreteras
Modelos basados en factores ingenieriles:
• Tipo de pavimento y construcción
• Volúmenes y cargas de tránsito
• Estándares de Conservación
• Efectos climáticos
Calibrados utilizando datos provistos por estudios de comportamiento de
pavimentos desarrollados en:
• Brasil, Kenia, India, Sudáfrica
• Francia, EE.UU, Suecia, Finlandia, Australia
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• Costos de operación vehicular
• Combustible, lubricantes,
neumáticos, repuestos
• Uso y depreciación del vehículo
• Costo del tiempo de viaje
• Pasajeros y cargas transportadas
• Costo de accidentes
• Efectos ambientales
• Emisiones y ruido
• Energía
Modelos de efectos en los usuarios
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Beneficios exógenos y costos
• Debidos a otras inversiones asociadas
• Vías alternas, reparación de puentes, estabilización de taludes, etc.
• Beneficios al desarrollo
• agricultura, industria, comercio, etc.
• Acceso a los servicios
• Impacto ambiental (polución, ecológico)
• Social e impactos por reubicación
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Herramienta Proyecto
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Contacto
www.flujolibre.com
Para cualquier consulta respecto al empleo del HDM4 versión 2.09 se puede visitar
la web www.flujolibre.com
Existe además un foro en Linkedin: HDM4 en español
Muchas Gracias
Mario Rafael Becerra Salas
mbecerra@flujolibre.com

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