Análisis comparativo entre las alternativas de pavimentación

VOLUMEN III
ANÁLISIS COMPARATIVO
ENTRE LAS ALTERNATIVAS
DE PAVIMENTACIÓN
1. INTRODUCCIÓN
1.- INTRODUCCIÓN
La selección de alternativas es un proceso iterativo en la que los conocimientos de
ingeniería y las herramientas financieras se unen para obtener la evaluación que indique
la mejor opción de pavimentación para un camino. Sin embargo, esta buena práctica no
siempre ocurre, eliminándose la alternativa de pavimento de concreto, por diversos
factores que se analizan a continuación:
1.1 En el mundo:
- Historia de los materiales: aunque el concreto es el material de construcción
más utilizado en el mundo, su uso en la construcción es muy diverso. Hecho que
no ocurre con el asfalto, que se ha enfocado en la construcción de caminos desde
sus orígenes.
- Evolución del transporte: el desarrollo de las redes viales en el mundo está
relacionado al desarrollo de los medios de comunicación, y especialmente al de
los neumáticos. Por lo tanto, es innegable que por la tecnología de construcción
de pavimentos de épocas pasadas, el pavimento menos confortable al tránsito ha
sido el de concreto.
- Evolución de la tecnología de construcción: es innegable que los procesos
constructivos de los pavimentos de concreto en épocas pasadas originaban malestar en
el usuario de la vía, debido al generoso espesor y sello de las juntas transversales
utilizado, haciendo el camino recién pavimentado poco confortable. Otro factor es la
poca importancia en la obtención de una rugosidad (IRI) adecuada, originada
principalmente por la construcción de paños o losas en damero, cuya técnica fue
utilizada con la finalidad de optimizar el uso del encofrado, afectando los niveles entre
paños continuos.
- Criterio de vida útil: anteriormente no se diseñaba para periodos de vida
prolongados, siendo el costo de construcción el mayor indicador para tomar una
elección relativa al tipo de pavimento a ejecutar.
- El precio relativo: el asfalto tenía un precio muy inferior al del concreto.
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1. INTRODUCCIÓN
1.2 En el Perú
- Implicancias mundiales: se reflejaron en el Perú del siglo XX.
- Obras emblemáticas puntuales: la Av. Venezuela (1924) y la Vía Expresa
(1946), son hitos en la construcción de pavimentos de concreto en el Perú. Entre
ellos se crea una brecha de conocimientos y falta de equipos para considerar al
pavimento de concreto como una alternativa factible y viable.
Actualmente esto está cambiando, la introducción de tecnología de construcción
equivalente y el valor relativo de precios entre el asfalto y concreto, así como el
pensamiento de progreso a largo plazo, han hecho que el mundo acepte al
concreto como una alternativa de pavimentación.
Por ejemplo, Estados Unidos cuenta con el 30% de sus autopistas en concreto;
Chile con el 10%, Bolivia con el 20% y Argentina con el 5%.
Por todas estas razones y siendo el Perú un país que en su balanza comercial
importa petróleo (materia prima del asfalto) funcionarios y ejecutivos responsables
de la inversión pública y privada empiezan a confiar en el concreto como alternativa
de pavimentación.
Variacion Porcentual del Precio de
Asfalto Vs. Concreto
2.50
1.50
Asfalto
1.00
Concreto
0.50
2010
2009
2008
2007
0.00
2006
Variacion
2.00
Años
3
2. NECESIDAD DE UNA EVALUACIÓN A
NIVEL DE PAVIMENTOS EQUIVALENTES
Existen paradigmas cuando se abarca el tema de comparación de costos entre las
alternativas pavimentación de asfalto y concreto que limitan el empleo del concreto
como solución vial. Por mencionar un ejemplo, cuando se obtiene un expediente
de diseño y factibilidad de un proyecto de pavimentación por lo general éste no
cuenta con el análisis comparativo asfalto - concreto necesario para tomar una
acertada decisión.
La pregunta obvia en esta situación es ¿Por qué no se ha considerado el concreto en el
análisis? La respuesta es en la mayoría de los casos por el elevado costo de construcción.
La siguiente pregunta lógicamente es ¿Qué tan elevado es el costo del pavimento de
concreto con respecto al asfalto? Es en este punto en el que las respuestas son muy
dispersas. Las encuestas realizadas muestran valores que oscilan desde 40% hasta más
del 100%, todas sin un sustento técnico adecuado.
Se espera desde luego que el valor de comparación asfalto - concreto no sea el
acertado, debido a la brecha tecnológica y de conocimientos referida al uso del
concreto para soluciones viales.
Lo que sí se reconoce es que el pavimento de concreto dura más, mucho más. Tiene
una durabilidad que supera la vida útil esperada. Existen obras como la Av. Venezuela,
con más de ochenta años, y la Vía Expresa, con más de cincuenta años en
excelente estado que verifican esta premisa.
Es necesario, por lo tanto, cerrar la brecha tecnológica y de conocimiento para
obtener los beneficios de la mejor alternativa de pavimentación, ya sea asfalto o
concreto, donde aplique, con un sustento técnico actualizado.
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3. COMPARACIÓN TÉCNICO – ECONÓMICO
EN LAS ALTERNATIVAS DE PAVIMENTACIÓN
Se empleará la metodología AASHTO 93 para realizar el diseño de pavimentos
equivalentes, tanto para asfalto como para concreto, utilizados para la comparación.
El análisis se ha realizado variando los dos factores de diseño más importantes:
el tránsito y el suelo de cimentación.
Para el caso del tránsito se ha considerado evaluar el carril de diseño para valores de
150, 450, 1350, 2250, 3750 y 455 vehículos por día, para la obtención de los
Ejes Equivalentes.
Para el caso del suelo se han asumido tres tipos de subrasantes de acuerdo al CBR (%):
3, 10 y 25%.
Consideraciones Generales
- Pavimento de dos carriles, uno por sentido.
- Diseño de 20 años.
- Partidas referidas a febrero 2010.
- Ancho de carril de 3.6 metros.
- Coeficientes AASHTO 93: confiabilidad de 90%, índice de servicialidad final de 2.0.
Pavimento de Asfalto
- Subbase granular de 30cm de espesor (CBR 40%).
- Base granular de 15cm de espesor (CBR 80%).
- PEN 60/70.
- Índice de servicialidad inicial de 4.2.
- Desviación estándar de 0.45.
- Coeficientes estructurales: 0.44, 0.14 y 0.11 para la carpeta, base y subbase
respectivamente.
- Coeficientes de drenaje: 1.2, 1.0 y 0.8 para la carpeta, base y subbase
respectivamente.
Pavimento de Concreto
- Subbase granular de 30cm de espesor (CBR 40%).
- Módulo de rotura a flexión de 45kg/cm2..
- Índice de servicialidad inicial de 4.5.
- Desviación estándar de 0.35.
- Coeficiente de drenaje de 1.2.
- Factor J de 3.2.
Una vez obtenidos los pavimentos equivalentes se evaluarán económicamente para
obtener el costo de construcción y mantenimiento para cada alternativa.
5
4. EVALUACIÓN TÉCNICA
Los resultados obtenidos para los espesores de carpeta de rodadura de los
pavimentos equivalentes de asfalto y concreto se muestran en la siguiente
matriz:
Espesores de Carpetas de Rodadura (mm)
# veh pes x día /
CBR Subrasante
150
450
1350
2250
3750
4550
3%
127
152.4
190.5
203.2
228.6
241.3
Asfalto
10%
76.2
101.6
127
139.7
165.1
177.8
25%
50.8
63.5
88.9
114.3
127
139.7
3%
170
210
240
270
290
290
Concreto
10%
170
200
240
260
280
280
25%
160
190
230
250
270
280
La evolución de los diseños, según las características de tránsito y suelo de
cimentación se visualizan mejor en los siguientes gráficos:
Espesores (mm)
Espesores Carpeta Asfáltica (mm)
190.5
127
76.2
50.8
150
152.4
101.6
203.2
139.7
127
114.3
226.6
165.1
127
241.3
139.7
88.9
1350
10%
25%
63.5
450
3%
177.8
2250
3750
4550
Tránsito (Veh pesados / día)
Espesores Carpeta de Concreto (mm)
Espesores (mm)
270
270
240
260
290
280
270
290
280
250
170
210
200
3%
10%
230
25%
190
160
150
450
1350
2250
3750
4550
Tránsito (Veh pesados / día)
Como se puede observar los pavimentos de asfalto son más susceptibles a la
variación del tipo de suelo.
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5. EVALUACIÓN ECONÓMICA
A continuación se presenta el modelo económico utilizado para la comparación. En
el ejemplo se comparan paquetes equivalentes con espesores de 101mm de asfalto
y 200mm de concreto.
TRAMO
CONSTRUCCIÓN INICIAL
TRAMO
CONSTRUCCIÓN INICIAL
3.60
Ancho calzada (m)
Nro de calzadas
1.00
ESPESOR
(mm)
DESCRIPCIÓN DE CAPA
DESCRIPCIÓN DE CAPA
Carpeta Asfáltica en Caliente
PEN 60/70
101
Carpeta de Concreto MR = 45
Base negra nivelante
0
150
300
0
Base granular
Base granular
Subbase
Relleno común
Relleno común
UNIDAD
CANTIDAD
DESCRIPCIÓN DE CAPA
UNIDAD
1.00
ESPESOR
(mm)
Long (Km)
11.00
200
Junta cada
4.50
0
300
0
A. Corrugado C (m)
0.80
Cada
0.80
A. liso (m)
0.45
550
TOTAL
551
TOTAL
DESCRIPCIÓN DE CAPA
Subbase
3.60
Ancho calzada (m)
Nro de calzadas
CANTIDAD
0.30
Cada
PU S/.
COSTO
S/.
X ML
PU S/.
COSTO
S/.
X ML
Corte a nivel de subrasante
m3
1.80
2.16
35.77
77.26
0.72
236.36
170.18
12.51
22.52
Corte a nivel de subrasante
m3
1.98
12.51
24.82
Eliminación material excedente
m3
Eliminación material excedente
m3
2.480
35.77
88.69
Concreto Mr 45
m3
Carpeta Asfáltica en Caliente
PEN 60/70
m3
0.364
473.51
172.17
Pavimentado
m3
0.72
13.50
9.72
Riego de liga
m3
3.600
2.60
9.38
Alisado, acabado y curado
m3
Base granular
m3
0.72
1.08
1.75
52.95
1.26
57.19
Subbase
m3
Imprimación
m3
0.50
2.56
2.56
3.05
3.17
3.88
1.51
8.09
9.92
4.78
0.80
5.30
7.72
25.33
6.17
0.540
1.080
58.10
52.95
31.38
57.19
Subbase
m3
Barras long. Corrugadas
kg
3.600
3.79
13.65
Corte de juntas transversales
m3
Sellado de juntas 2.0x1.0 cms
m3
Dowells lisos
m3
Canastilla
ml
397.28
TOTAL costo x ml x calzada
389.15
TOTAL costo x ml x calzada
Con esta herramienta se han obtenido los resultados, considerando pavimentos
equivalentes.
Adicionalmente, se ha considerado la siguiente política de conservación para
ambos casos:
PAV. FLEXIBLE
PERIODICIDAD:
5 AÑOS
Espesor del tratamiento:
TRAMO I
0.051
Espesor original
0.102
DESCRIPCIÓN DE CAPA
UNIDAD
CANTIDAD
PU S/.
Fresado y eliminación
m3
0.18
101.17
COSTO
18.50
Riego de liga
m2
3.60
2.60
9.38
Recapeo
m3
0.18
473.51
86.60
X ML
S/.
114.48
PAV. RÍGIDO
PERIODICIDAD:
5 AÑOS
TRAMO I
% tratamiento de juntas
DESCRIPCIÓN DE CAPA
50%
UNIDAD
CANTIDAD
PU S/.
Concreto Mr 45
m3
-
236.36
Corte de juntas transversales
ml
1.28
1.58
Sellado de juntas 2.0 x 1.0 cms
ml
1.28
3.88
COSTO
X ML
S/.
2.02
4.96
6.98
7
6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES
6.1 Resultados
Para alternativas con valores de Subrasante con valores de CBR de 3% el asfalto
resulta más costoso en términos de construcción, es decir costo inicial. Como puede
visualizarse en la siguiente figura:
Subrasante CBR 3%
CBR 3%
700
650
600
S/. X m lineal
550
500
450
400
350
300
Asfalto
Concreto
150 VP
450 VP
1350 VP
2250 VP
3750 VP
4550 VP
447
358
495
400
568
431
593
477
641
498
498
498
Para alternativas con valores de Subrasante con valores de CBR de 10% el asfalto y el
concreto generan valores similares en términos de construcción, sin embargo, a partir de
los 2000 vehículos por día el concreto resulta ventajoso en construcción inicial.
Subrasante CBR 10%
CBR 10%
600
S/. X m lineal
550
500
450
400
350
300
Asfalto
Concreto
8
150 VP
450 VP
1350 VP
2250 VP
3750 VP
4550 VP
350
358
398
389
447
431
471
466
520
488
544
488
6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Para alternativas con valores de Subrasante con valores de CBR de 25% el asfalto
resulta ventajoso en términos de construcción, sin embargo, a partir de los 5000
vehículos por día el concreto obtiene valores similares en construcción inicial.
Subrasante CBR 25%
CBR 10%
S/. X m lineal
500
450
400
350
300
Asfalto
Concreto
150 VP
450 VP
1350 VP
2250 VP
3750 VP
4550 VP
350
358
398
389
447
431
471
466
520
488
544
488
6.2 Conclusiones
- Las alternativas de asfalto y concreto son tecnologías complementarias, en
algunos casos una será mejor que la otra y viceversa.
- Existen mitos en relación al pavimento de concreto, paradigmas relacionados
con su confort, con su construcción y con sus costos iniciales. Estos mitos
deben superarse para beneficio del país.
- En términos de valores relativos de costos de construcción, ambas tecnologías
de pavimentación están en el orden de +/- 15%.
- Considerando el mantenimiento como costo adicional, en periodos de 20 y 30
años el ahorro en costos totales es de 30% a favor de la alternativa de concreto.
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