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El HDM-4 (HIGHWAY DEVELOPMENT & MANAGEMENT) y su aplicación en el Planeamiento y Gestión de proyectos de Infraestructura vial
San Salvador, El SalvadorAbril de 2011
Conferencista: Ing. Mauricio Salgado Torres M.Sc.
Contenido de la Conferencia
� Que es el HDM-4? y cuál es su aplicación práctica?
� Conociendo el HDM-4
� Aplicación en evaluación de proyectos de inversión vial
� Recomendaciones para el uso e implementación del HDM-4
2
Novedades de la Versión 2.08 del HDM-4
Por donde comienza el proceso de hacer gestión de pavimentos?
Identificar el momento y la forma como inicia y progresa el deterioro de un
pavimento
Identificar el momento donde corresponde intervenir un pavimento, definiendo el tipo de intervención y el
efecto esperado.
Identificar la forma más eficiente y técnicamente viable de invertir
recursos para la conservación de pavimentos
Modelar el comportamiento de los pavimentos con miras a
entender su patrón de deterioro.
Evaluar los efectos de llevar a cabo distintos tipos de
intervención para diferentes estándares.
Evaluar y comparar los presupuestos de diferentes escenarios y estrategias de
intervención
3
Ciclo de la Gestión
Diseño y construcción Rehabilitación e
impactos
GESTION
Valor residual
Periodo de Análisis
Conservación Costos de usuarios
Beneficios esperados de la Gestión Vial (1)
� Cuantificar con cierta exactitud lamagnitud de los fondos requeridos poruna agencia vial para lograr las metasestablecidas.
� Determinar con la mayor certeza laestrategia más rentable para unpresupuesto determinado.
� Contar con herramientas que permitantomar consistentes y acertadasdecisiones, y que estas a su vez sean lomás objetivas posibles.
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Beneficios esperados de la Gestión Vial (2)
� Contar con un mecanismo que logreprolongar la vida de la vía
� Tener un medio que permita lograr unaadecuada asignación y distribución de lospresupuestos de mantenimiento yrehabilitación (M&R).
� Contar con una herramienta que mejorela eficiencia de los procesos alrededor dela conservación vial.
Sistema HDM III
El Highway Design and MaintenanceStandards Model (HDM-III) , desarrolladopor el Banco Mundial, se ha usado durantemás de dos décadas para combinar laevaluación técnica y económica deproyectos de inversión de caminos, normasy estrategias.
Modelo de análisis de inversiones enproyectos carreteros, que se ha utilizado enmás de cien países durante más de dosdécadas para determinar la viabilidadeconómica de acciones de conservación yoptimizar los beneficios económicos deestas acciones bajo diferentes niveles degasto.
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Desarrollo histórico del modelo HDMBanco Mundial
TRRLLCPC
Revisión bibliográfica,estudio teórico
(1968-1972)
HCM(HDM-I)
1972
TRRLBanco Mundial
Estudio de campo enKenia (1971-1975)
HDM(HDM-II)
1979
TRRL
CRRI
UNDP
Estudio de campo enel Caribe (1977-1983)
Estudio de campo enla India (1977-1983)
Estudio de campo enBrasil (1975-1984)
HDM-III1984
Banco Mundial
Banco Mundial,ADB, DFID, SNRA
FINNRA, FICEM
Estudio ISOHDM(1993-1996)
HDM-4 1.02001
HDM-PC1989
VOC1989
HDM-Q1994
HDM-ADM1994
HDM-4 1.32001
PIARC –HDMGlobal
Concesión HDMGlobal Desde 2005
HDM-4 2.002005
HDM-4 2.082010
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HDM – 4 ????
Es un conjunto de herramientas que facilitan la toma de decisiones a partir del análisis y optimización de inversiones destinadas al mantenimiento, rehabilitación y reconstrucción de carreteras, que puede ser utilizada para evaluar , en términos técnicos y económicos, proyectos, programas y polít icas de conservación.
HDMHDMHDMHDM----4: Modelo de desarrollo y 4: Modelo de desarrollo y 4: Modelo de desarrollo y 4: Modelo de desarrollo y gestión de carreteras gestión de carreteras gestión de carreteras gestión de carreteras
((((HighwayHighwayHighwayHighway DevelopmentDevelopmentDevelopmentDevelopment and Management and Management and Management and Management modelmodelmodelmodel–.–.–.–.
HDM – 4
Es una herramienta de gestión de pavimentos pensada y diseñada para la gestión de red, pero que sabiendo como
hacerlo es posible sacarle provecho a nivel de proy ecto
HDMHDMHDMHDM----4: Modelo de desarrollo y gestión 4: Modelo de desarrollo y gestión 4: Modelo de desarrollo y gestión 4: Modelo de desarrollo y gestión de carreteras de carreteras de carreteras de carreteras
((((HighwayHighwayHighwayHighway DevelopmentDevelopmentDevelopmentDevelopment and Management and Management and Management and Management modelmodelmodelmodel–.–.–.–.
7
El HDM-4 es una herramienta para ...
� el análisis y evaluación técnica y económica de proyectosviales a través de la comparación objetiva de alternativas.
� la planeación y presupuesto de recursos de obras deconservación de proyectos viales.
� la programación de trabajos de conservación.
� la optimización de recursos disponibles sujetos arestricciones presupuéstales.
� la priorización de intervenciones en determinadoscorredores viales de una red, con base en políticasdefinidas por la agencia correspondiente.
� el seguimiento y control de la eficiencia de trabajos deconservación, y en general evaluar el deterioro de unpavimento.
Herramientas de análisisBase de datos
Modelos de simulación
Acciones y estándares de conservación
políticas de conservación
Modelos de costos
Inventario de la redCondición del pavimento
Historia del pavimentoDatos de transito
ClimaInformación de costos de
usuario
Modelos de comportamiento
Condiciones iniciales
SISTEMA DE
GESTIÓN
HERRAMIENTAS DE ANÁLISIS
ESQUEMA DE UN SISTEMA DE GESTIÓN DE PAVIMENTOS
8
Arquitectura del sistema HDM4
Analysis Tools
Project Program Strategy
RDWE : Road Deterioration and Works Effects
RUE : Road User Effects
SEE : Safety , Energy and Environmental Effects
PMS : Pavement Management System
,
RUE SEERDWE
Models
RoadNetwork
Vehicle Fleet
HDMConfig .
Data Managers
RoadWorks
Base de datos
SISTEMA DE GESTIÓN
ConfiguraciónConfiguraciónConfiguraciónConfiguraciónRed de Red de Red de Red de
carreterascarreterascarreterascarreteras
Flota Flota Flota Flota vehicularvehicularvehicularvehicular
TrabajosTrabajosTrabajosTrabajos TrabajosTrabajosTrabajosTrabajos
RDWERDWERDWERDWE SEESEESEESEERUERUERUERUE
PROYECTOPROYECTOPROYECTOPROYECTO PROGRAMAPROGRAMAPROGRAMAPROGRAMA ESTRATEGÍAESTRATEGÍAESTRATEGÍAESTRATEGÍA
Esquema SGP aplicado a HDM-4
9
Metodología general de análisis del HDM-4
Modelos dedeterioro y
efectos de lasacciones
Modelos deefectos para
losusuarios
Flujo decostos
Flujo debeneficios
Cálculo deindicadores
derentabilidad
Alternativasrentables
OptimizaciónRestriccionespresupuestales
Alternativasóptimas
Datos de Entrada del Software
Costos Totales = Costos de la Administración + Costos de los Usuarios
Red de Caminos
Diagnostico e Diagnostico e Diagnostico e Diagnostico e identificación de identificación de identificación de identificación de necesidadesnecesidadesnecesidadesnecesidades
Flota Vehicular
Caracterización Caracterización Caracterización Caracterización de la flota de la flota de la flota de la flota vehicularvehicularvehicularvehicular
$Toma de Toma de Toma de Toma de
DecisionesDecisionesDecisionesDecisionesVAN
Modelación del deterioro
Trabajos
10
Nivel de Red - Nivel de Proyecto
Corte longitudinal
NE1 NE2 NE3
Agrietamiento Agrietamiento Agrietamiento Agrietamiento MedioMedioMedioMedio
Agrietamiento Agrietamiento Agrietamiento Agrietamiento SeveroSeveroSeveroSevero
Agrietamiento Agrietamiento Agrietamiento Agrietamiento Leve o nuloLeve o nuloLeve o nuloLeve o nulo
IRI IRI IRI IRI BajoBajoBajoBajo
IRI IRI IRI IRI BajoBajoBajoBajo
IRI IRI IRI IRI MedioMedioMedioMedio
IRI IRI IRI IRI AltoAltoAltoAlto
Grado de Agrietamiento
Regularidad Superficial
Longitud LLLL (km–
Planta
20% del TMDA 5% del TMDA
4500 veh/dia 3200
veh/dia
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Procesos de Gestión
ActividadActividadActividadActividad Horizonte temporalHorizonte temporalHorizonte temporalHorizonte temporal Personal Personal Personal Personal responsableresponsableresponsableresponsable
Cobertura Cobertura Cobertura Cobertura espacialespacialespacialespacial
Detalle de los Detalle de los Detalle de los Detalle de los datosdatosdatosdatos
PlaneaciónPlaneaciónPlaneaciónPlaneación Largo plazo Largo plazo Largo plazo Largo plazo (estratégica–(estratégica–(estratégica–(estratégica–
Alta direcciónAlta direcciónAlta direcciónAlta dirección Toda la redToda la redToda la redToda la red Muy generalMuy generalMuy generalMuy general
ProgramaciónProgramaciónProgramaciónProgramación Mediano plazo Mediano plazo Mediano plazo Mediano plazo (táctica–(táctica–(táctica–(táctica–
Mandos MediosMandos MediosMandos MediosMandos Medios Red analizadaRed analizadaRed analizadaRed analizada
PreparaciónPreparaciónPreparaciónPreparación Año del presupuestoAño del presupuestoAño del presupuestoAño del presupuesto Mandos MediosMandos MediosMandos MediosMandos Medios TramosTramosTramosTramos
OperaciónOperaciónOperaciónOperación Muy corto plazoMuy corto plazoMuy corto plazoMuy corto plazo Personal operativoPersonal operativoPersonal operativoPersonal operativo SectoresSectoresSectoresSectores DetalladoDetalladoDetalladoDetallado
El proceso de Planificación
Planificación Estratégica
Programación de obras
Planificación Física
Metas
Red Virtual
Red Física
Proyectos
Presupuesto asignado
Financiamiento
Herramienta de gestión
Herramienta de gestión
Herramienta de gestión - EBM Programa
Multianual
Tomado del Marco de desarrollo de los modelos SAP de Nicaragua y HMS deFilipinas y El Líbano
Plan Maestro
Escenario Elegido
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Planificación estratégica
Evaluación del estado de la
red
Evaluación de escenarios
Identificación y evaluación de las necesidades de la
red
Objetivos
Matriz de tramos
Estándares y costos
Umbrales
Restricciones
Herramienta de gestión
Herramienta de gestión
Herramienta de gestión - EBM Escenario
elegido y presupuesto
asignadoTomado del Marco de desarrollo de los modelos SAP de Nicaragua y HMS de Filipinas y El Líbano
Escenarios
Tramos típicos
Planificación Física
Identificación de Proyectos y
estudios
Optimización del Plan Físico
Priorización de proyectos
Tipo de Estudio
Red escenario elegido
Priorización multicriterio
Lista integral de proyecto
Criterios de priorización y ponderación
Presupuesto
Herramienta de gestión
Herramienta de gestión
Herramienta de gestión Plan Maestro
Tomado del Marco de desarrollo de los modelos SAP de Nicaragua y HMS de Filipinas y El Líbano
Factibilidad y Diseño detallado
Criterios técnicos y económicos de comportamiento
Lista de estudios priorizadosLista de
Proyectos Potenciales
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Programación de Obras
Preparación de programa de
inversión
Ajuste del Programa de Inversión
Evalúa el Impacto del programa de
inversión
Presupuesto y Asignación
Plan Maestro
Contratos en ejecución
Presupuesto aprobado
Metas Indicadores
Presupuesto y asignación
Herramienta de gestión
Herramienta de gestión
Herramienta de gestión
Programa Multianual
Tomado del Marco de desarrollo de los modelos SAP de Nicaragua y HMS de Filipinas y El Líbano
Programa financiero
Actualización programa multianual
Estructura de un sistema de gestión
Subsistema de planeacióny programación
Modelos de simulación
Métodos de diseño
Procedimientos dediagnóstico
Base de datos
Subsistema de adquisición de datos
Objetivos y metas
� Inventario de infraestructura� Datos del tránsito� Indicadores de los niveles de servicio� Información del entorno� Historial de reparaciones� Catálogo de obras
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Elementos del sistema HDM4
Herramientas de Análisis
Proyecto Programa Estrategia
RDWE : Road Deterioration andWorks Effects
RUE : Road User Effects
SEE : Safety, Energyand Environmental Effects
PMS : Pavement Management System
,
RUE SEERDWE
Modelos
Red de Carreteras
Flota Vehicular
Configuración
Manejadores de Datos
Trabajos
Manejador de datos
19
67 kN15,000 lb
0.48 ESAL
27 kN6,000 lb
0.01 ESAL+ =
151 kN34,000 lb
1.10
151 kN34,000 lb
1.10+ =
54 kN12,000 lb
0.19+
0.49 ESALs
2.39 ESALs
Camión pesado
Camión ligero
20
Aspectos a definir en una sección nueva
� 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 ycaracterísticas cualitativas delmismo.
Tramos
Flexible Rígido
Cálido Frío
Bajo Alto
Tipo de Pavimento
Suelo de Fundación
Volumen de Tránsito
Clima
CBR1 CBR2
Tramo 1 Tramo 2 Tramo 3 Tramo 4 Tramo 5
21
Aspectos relacionados con la definición del tramo
�Características de la Vía.� Longitud.� Ancho de calzada.� Ancho de bermas.� Número de carriles.
�Tránsito.� Motorizado y no motorizado
(TMDA).� Año del dato de TMDA.� Dirección del Flujo
Definición
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Parámetros geométricos básicos
� Ascensos y descensos.
� Curvatura horizontal.
� Limite de velocidad.
� Altitud.
� Tipo de drenaje.
Tipos de pavimentos
� Vías pavimentadas con productos bituminosos .� Mezclas asfálticas.� Tratamientos superficiales.
� Vías pavimentadas con hormigón.� Concreto simple con juntas con o
sin transferencia de carga (JPCP). � Concreto reforzado con juntas
(JRCP).� Concreto reforzado continuo
(CRCP).
� Vías en tierra o destapadas.� Afirmados en grava, arena o tierra.
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Características del Pavimento Flexible
� Material superficial.� Tipo.� Espesor de la capa más reciente.� Espesor de capas antiguas o previas.
� Información histórica de construcción e intervenciones.� Parámetros estructurales asignados o calculados.
Definición de la estructura de un pavimento flexible
24
Estructura para pavimento rígido
Pavimentos Rígidos
� Las principales consideraciones relacionadas con los pavimentosde concreto hidráulico tienen que ver con lo siguiente:
� Propiedades de los materiales.� Condiciones de drenaje.� Porcentaje de refuerzo de acero.� Eficiencia de la transferencia de carga.� Ancho y condición lateral externa de los carriles.
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Propiedades de los materiales
�Módulos de elasticidad del concreto (Ec).
�Módulos de rotura del concreto (MR28).
�Coeficiente térmico del concreto (α).
�Coeficiente de contracción del concreto (γ).
�Relación de Poisson para el concreto (µ).
�Módulos de elasticidad para las barras metálicas (Es).
�Módulos de elasticidad de las bases (Ebase).
�Módulo de reacción de la subrasante (KSTAT)
Categorías de daño de un pavimento flexible
� Defectos superficiales:� Agrietamiento.� Pérdida de áridos.� Baches.� Fallas de Borde.
� Deformaciones y rugosidad.� Ahuellamiento.� Rugosidad.
� Textura Superficial.� Profundidad de la textura.� Resistencia al deslizamiento.
26
Indicadores de condición para JPCP
� Rugosidad (IRI).
� Escalonamiento de juntas.
� Descascaramiento de juntas.
� Losas Agrietadas.
� Agrietamiento.
27
Inicio y progresión de los deterioros
Periodo iniciación
Periodo progresión
Edad de la pavimentación
Áre
a af
ecta
da e
n po
rcen
taje
28
t
CASO A
CASO B
CASO C
15
Casos de Agrietamiento
Modelo de iniciación del agrietamiento estructural
ICA=K cia{CDS2*a0exp[a 1 SNP+ a2(YE4/SN2)] + CRT}
ICA Inicio del agrietamiento, en años.
CDS Indicador de defectos para la superficie asfáltica.
SNP Número estructural del pavimento.
YE4 Número de ESALs por año en millones/carril.
CRT Retardo en el agrietamiento debido al mantenimiento.
Kcia Factor de calibración para iniciación del agrietamiento.
30
38 millones de ejes equivalentes en 15 años
0Años ó Ejes Eq.
IRI
% Grietas
Serviciabilidad
CA
Granulares
Subrasante
SNdiseño
Ciclo de vida0 Años ó Ejes Eq.
Pi
Pf
Serviciabilidad
0Años ó Ejes Eq.
IRI
% Grietas
Serviciabilidad
CA
Granulares
Subrasante
SNdiseño
Ciclo de vida0 Años ó Ejes Eq.
Pi
Pf
Serviciabilidad
31
0Años ó Ejes Eq.
IRI
% Grietas
Serviciabilidad
CA
Granulares
Subrasante
SNdiseño
Ciclo de vida0 Años ó Ejes Eq.
Pi
Pf
Serviciabilidad
0Años ó Ejes Eq.
IRI
% Grietas
Serviciabilidad
CA
Granulares
Subrasante
SNdiseño
Ciclo de vida0 Años ó Ejes Eq.
Pi
Pf
Serviciabilidad
32
0Años ó Ejes Eq.
IRI
% Grietas
Serviciabilidad
CA
Granulares
Subrasante
SNdiseño
Ciclo de vida0 Años ó Ejes Eq.
Pi
Pf
Serviciabilidad
0Años ó Ejes Eq.
IRI
% Grietas
Serviciabilidad
CA
Granulares
Subrasante
SNdiseño
Ciclo de vida0 Años ó Ejes Eq.
Pi
Pf
Serviciabilidad
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Impacto de las intervenciones sobre los costos
Una mejor condición del pavimento puede incidir en la tasa de crecimiento de los
costos operacionales
tiempo
IRI
Costos Usuarios Acum.
$
Sin intervención
Con intervención
Sin intervenciónCon intervención
tiempo
Costos Totales
$Sin intervención
tiempo
Con intervención CASO IDEALIZADO
37
Programa
Programa sin condicionarPrograma sin condicionarPrograma sin condicionarPrograma sin condicionar
Restricción presupuestariaRestricción presupuestariaRestricción presupuestariaRestricción presupuestaria
Programa condicionadoPrograma condicionadoPrograma condicionadoPrograma condicionado
39
Costos de Capital Costos de Capital Costos de Capital Costos de Capital (CAP–(CAP–(CAP–(CAP–
Costos Costos Costos Costos RecurrentesRecurrentesRecurrentesRecurrentes
Costos de la AdministraciónCostos de la AdministraciónCostos de la AdministraciónCostos de la Administración
(Road (Road (Road (Road AdministrationAdministrationAdministrationAdministration CostCostCostCostRAC–RAC–RAC–RAC–
Costos de Costos de Costos de Costos de Operación Operación Operación Operación VehicularVehicularVehicularVehicular
Costos Tiempo de Costos Tiempo de Costos Tiempo de Costos Tiempo de ViajeViajeViajeViaje
Costos de los UsuariosCostos de los UsuariosCostos de los UsuariosCostos de los Usuarios(Road User Cost (Road User Cost (Road User Cost (Road User Cost RUC–RUC–RUC–RUC–
Costo Totales Costo Totales Costo Totales Costo Totales
Comparación de alternativas
Programar las Programar las Programar las Programar las intervencionesintervencionesintervencionesintervenciones
RACRACRACRAC
RUCRUCRUCRUC
Costo Total del Costo Total del Costo Total del Costo Total del TransporteTransporteTransporteTransporte
Postergar los Postergar los Postergar los Postergar los trabajostrabajostrabajostrabajos
RACRACRACRAC
RUCRUCRUCRUC
Costo Total del Costo Total del Costo Total del Costo Total del TransporteTransporteTransporteTransporte
vs.
40
Evaluación de costos y beneficios de la conservación
Programar las Programar las Programar las Programar las intervencionesintervencionesintervencionesintervenciones
Postergar los Postergar los Postergar los Postergar los trabajostrabajostrabajostrabajos
Costos de CapitalCostos de CapitalCostos de CapitalCostos de Capital Costos de UsuariosCostos de UsuariosCostos de UsuariosCostos de Usuarios
Beneficios Beneficios Beneficios Beneficios
(VAN–(VAN–(VAN–(VAN–
AhorroAhorroAhorroAhorro
Comparación de alternativas
RUC RUC RUC RUC
Programar las Programar las Programar las Programar las intervencionesintervencionesintervencionesintervenciones
RUCRUCRUCRUC
Postergar los Postergar los Postergar los Postergar los trabajostrabajostrabajostrabajos
- =Disminución en Disminución en Disminución en Disminución en
los Costos de los los Costos de los los Costos de los los Costos de los UsuariosUsuariosUsuariosUsuarios
RAC RAC RAC RAC
Programar las Programar las Programar las Programar las intervencionesintervencionesintervencionesintervenciones
RACRACRACRAC
Postergar los Postergar los Postergar los Postergar los trabajostrabajostrabajostrabajos
- =Incremento en Incremento en Incremento en Incremento en
los Costos de la los Costos de la los Costos de la los Costos de la AdministraciónAdministraciónAdministraciónAdministración
-
VANVANVANVAN
VAN/CAP >> 1VAN/CAP >> 1VAN/CAP >> 1VAN/CAP >> 1 Eficiencia y RentabilidadEficiencia y RentabilidadEficiencia y RentabilidadEficiencia y Rentabilidad
41
Año Inversión Beneficios Beneficio Neto
Factor de Valor
presente
Valor presente neto
A B C D=C-B E=1/(1+i)A
F=D*E
0 10000 0 -10000 1.0 -10000
1 0 6500 6500 0.892 5804
2 0 3000 3000 0.797 2392
3 0 3000 3000 0.712 2135
4 0 5000 5000 0.636 3178
Total 10000 17500 7500 VPN 3508
Tasa de descuent
o
Valor presente
neto0.0% 75003.0% 63266.0% 58219.0% 4347
12.0% 350815.0% 275218.0% 206821.0% 144724.0% 88127.0% 36530.0% -10933.0% -54436.0% -94439.0% -131542.0% -165745.0% -1975
Tasa de descuento = 12%
Desafíos (I)
� Apoyar técnicamente a entidades públicas y privadas en sus procesosde implementación de la herramienta y no se queden solo en comprarla licencia.
� Buscar mecanismos que faciliten la adquisición de la herramientaentendiendo la burocracia existente en Latinoamérica.
� Formar más expertos (en el antes, durante y después de laimplementación) y usuarios más seguros de lo que hacen.
� Consolidar grupos de expertos - Sinergia (multiplicar los canales decomunicación).
42
Desafíos (II)
�Trabajar en los procesos de toma de datos de modo quese logre la compatibilidad que requiere el HDM-4 con losprotocolos y metodologías de evaluación propios de cadaorganismo o país.
�Fortalecer la capacitación en aquellos temas que facilitenlos procesos de parametrización, configuración ycalibración de la herramienta.
�Fomentar la capacitación en temas específicos que vayancreando la necesidad y la conciencia de la potencia eimportancia de las nuevas incorporaciones con que cuentala versión 2.0.
Entender que en 10 años se ha formado en Latinoamérica una masa critica de expertos que están
dispuestos a compartir su experiencia y a seguir investigando.
Se debe comprender la idiosincrasia de cada país,
por ello para trabajar en Latinoamérica hay que
vivirla y sentirla