Evaluacion de Proyectos de Inversion en Carreteras con el HDM-4

John Jairo Posada Henao Ingeniero Civil

Especialista en Vias yTransporte

Profesor Universidad Nacional de Colombia

UNlVERSIDAD N \7.

' NACIONAL DE COLOMBIA

Ir~~_~.;;; SED E M E DEL L f N

ESCUELA DE INGENIERiA CIVIL FACULTAD DE MINAS

A mis padres, Jairo y Rosalia, quienes con su amor, esfuerzo, dedicaci6n, comprensi6n, apoyo, estimulo, correcci6n, y otras tantas cosas que me han brindado con total

desprendimiento y desinteres, han forjado y moldeado 10 que he podido ser.

A mis hermanos, Luis Javier, M6nica Patricia y David, por su continuo apoyo.

A Magnolia e Isabela, mis esposa e hija, por su amor, y compania, y sobre todo por mis momentos de ausencia para poder realizar todas mis actividades.

EVALUACION DE PROYECTOS DE INVERSION EN CARRETERAS CON

EL HDM-4

JOHN JAIRO POSADA HENAO Ingeniero Civil

Especialista en Vias y Transporte Profesor

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA - SEDE MEDELLiN­FACULTAD DE MINAS

ESCUELA DE INGENIERiA CIVIL 2005

ii

1L

625725 ! P67 Posada Henao, John Jairo L

Evaluacion de proyeclos de inversion en carreteras con el HOM - 4 I John

Jairo Posada Henao. -- Medellin : Univer­sidad Nacional de Colombia, 2006.

vii, 89 p. CONTENIDO

ISBN 958 825616

1. Carreteras - Mantenimiento - Sistematiza­ci6n de datos . 2. HOM - 4 (Programa para Compu­tador). 3. Rehabilitacion de carreteras - Sistema­tizacion de datos - I Universidad Nacional de Colombia (Medellin) . Facultad de Minas. Escuela de Ingenieria Civil. LIS

IN·

1.

2

© John Jairo Posada Henao

© 2006, Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellin Facultad de Minas

Primera Edicion Febrero de 2006-02-22 ISBN 958-8256-16-x

Oiseno Oe Cara tula: Rodrigo Lenis Leon Universidad Nacional de Colombia Sede Medellin Centro de Publicaciones

Impresi6n: Universidad Nacional de Colombia Sede Medell in Centro de Publicaciones Tel .: (4) 430 9770 - (4) 430 97 72 e-mail : cenpubli @unalmed.edu .co

version :ohn Univer­

nto - Sis tematiza ­.)grama para Compu­rreteras - Sistema­ad Nacional de de Minas. Escuela

CONTENIDO

LlSTA DE FIGURAS iv

LlSTA DE TABLAS vii

INTRODUCCION 1

1.

2.

3. 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4

4. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.5 4.5.1 4.5.2 4.6

5.

6.

SOBRE EL HDM 2

DESCRIPCION GENERAL DEL MODELO 5

usa DEL PROGRAMA 7 INGRESO AL PROGRAMA 7 BASES DE DATOS 9 Configuraci6n 9 Redes de carreteras 17 Parques de vehiculos 26 Estimdares de trabajo 32 HERRAMIENTAS DE ANALISIS 46 Proyectos 47 Programas 55 Estrategias 57 RESULTADOS 59

EJEMPLO DE APLICACION 66 GENERALIDADES 66 CARACTERIZACION DE LA ViA ACTUAL Y TRAFICO VEHICULAR 67 ALTERNATIVA DE REHABILITACION 68 MODELACION 68 Alternativas 69 Costos 69 RESULTADOS 71 Modelaci6n basica 71 Analisis de sensibilidad 87 ANALISIS DE RESULTADOS 87

RECOMENDACIONES 88

BIBLIOGRAFiA 89

iii

t ,

LlSTA DE FIGURAS

pag

1. Estructura general del modelo HDM-4 5 2 . Ventana de entrada al HDM-4 7 3. Ventana de bienvenida 8 4. Ventana general de Espacio de Trabajo 8 5. Componentes de la Configuraci6n . 9 6. Ventana de elecci6n y confirmaci6n de 10 que se desea crear 10 7. Definici6n de un Modelo de Trafico 10 8. Confirmaci6n de la creaci6n de un Modelo de Trafico 11 9. Definici6n de Tipo de Velocidad/Capacidad 12 10. Definici6n de Zona Climatica 13 11. Elecci6n de Moneda a utilizar 13 12. Ventana principal Datos Globales de Tramo (Volumen de Trafico) 14 13. Valores para Datos Globales de Tramo (Volumen de Trafico) 14 14 . Ventana principal y Valores para Datos Globales de Tramo

(Tipo de Geometria) 15 15. Ventana de Tablas Globales de Tramo 16 16. Ventana de Configuraci6n con elementos definidos 16 17. Seleccion Redes de Carreteras 17 18. Nombre para la Red de Carreteras 17 19. Ventana inicial de Datos para Tramo de Carretera 18 20. Opcion para crear un tramo nuevo con todos los datos 18 21. Datos globales de tramo, para ingresar 19 22. Datos globales de tram~ , completados 20 23 . Datos para tramo - Definicion - 21 24. Datos para tramo - Geometria - 21 25. Datos para tramo - Firme - 22 26. Datos para tramo - Estado - 22 27 . Datos para calibracion del tramo 23 28 . Opcion para crear un tramo nuevo basado en uno existente 24 29. Datos para tramo nuevo con base en uno existente 24 30. Visualizacion de tramos de una Red de Carreteras 25 31 . Visualizaci6n de las redes de carreteras 25 32 . Ventana para creaci6n de Parque de Vehiculos 27 33. Confirmacion para la creacion de Parque de Vehiculos 27 34 . Definicion de nombre y divisa para el Parque de vehiculos 27 35 . Inicio para creaci6n de vehfculo 28 36 . Selecci6n categoria del veh iculo 29 37 . Caracterfsticas iniciales del vehiculo - Definicion - 29 38 . Caracterfsticas basicas del vehiculo 30 39. Costos para el vehiculo 30

iv

40. Visualizacion de vehiculos 31 41 . Visualizacion de Parques de Vehiculos 31 42 . Seleccion de Estandares de Trabajo 32 43 . Opciones para Estandares de Trabajo 32 44 . Confirmacion para la creacion de un Estandar de Conservacion 33 45 . Definicion de un Estandar de Conservacion 33 46 . Definicion y eleccion de tarea 34 47 . Informacion general de la tarea 35 48 . Definicion de la intervencion de la tarea - Tipo Programada - 35 49 . Costas asociadas a la Actividad de mantenimiento 36 50 . Efectos esperados al concluir la tarea en la carretera 37 51. Definicion de la intervencion de la tarea - Tipo Correctiva - 37 52 . Asignacion del criteria de intervencion 38 53. Visualizacion del criteria de intervencion definido 38 54 . Visualizacion de las tareas asignadas en un Estandar 39 55. Ventana luego de creado un Estandar de Conservacion 39 56. Definicion general de un Estandar de Mejora e Intervencion 40 57 . Definicion del tipo de Mejora 41 58 . Detalles constructivos en una mejora 41 59 . Criteria de intervencion para mejora - Tipo Programada - 42 60 . Criteria de intervencion para mejora - Tipo Correctiva - 42 61 . Costas asociadas a la mejora 43 62 . Aspectos del pavimento en la mejora 43 63. Geometria para el tramo luego de la mejora 44 64 . Efectos esperados en el tramo luego de la mejora 44 65 . Visualizacion de los Estandares de Trabajo 45 66 . Definicion de costa unitario, linea presupuestaria y consumo

energetico asociado a cada tarea a actividad de intervencion 46 67. Inicio de creacion de Proyecto 47 68. Confirmacion para la creacion de un nuevo proyecto 48 69. Nombre del Proyecto, Red de carreteras y Parque de vehiculos 48 70. Definicion del proyecto en detalle - General - 49 71 . Definicion del proyecto en detalle - Seleccion de tramos - 49 72 . Definicion del proyecto en detalle - Seleccion de vehiculos - 50 73. Definicion del proyecto en detalle - Definicion del Trafico Normal - 50 74 . Detalles del trafico normal - Composicion y crecimiento - 51 75. Especificacion de alternativas de actuacion en la red vial 52 76. Asignacion de trabajos, par alternativa , a los tramos 52 77. Visualizacion de alternativas y asignaciones par tramo 53 78. Definicion de Analisis de Proyecto - Configurar ejecucion - 54

v

79. Definicion de Analisis de Proyecto - Ejecutar anal isis - 54 80. Ejecucion del anal isis 55 81 . Definicion de Programa - Ventana principal - 56 82 . Definicion de Estrategia - Ventana principal - 59 83. Ventana principal de informes (Resultados) 60 84. Resultados - Trafico 61 85. Resultados - Deterioro y Efectos de los trabajos 61 86. Resultados - Efectos sobre el usuario - 62 87. Resultados - Efecto Medioambiental - 62 88 . Resultados - Flujo de costos - 63 89. Resultados - Analisis de Estrategias y Programas - 63 90. Resultados - Datos de entrada - 64 91 . Visualizacion de resultado grafico y boton de exportar 65 92. Evolucion de la rugosidad . Tram01 71 93. Evolucion de la rugosidad . Tram02 72 94 . Evolucion de la rugosidad. Tram03 72 95. Evolucion de la rugosidad. Tram04 73 96. Evolucion de la rugosidad. Tram05 73

vi

LlSTA DE TABLAS

pag

1. Clasificaci6n de los vehiculos 26 2. Sectorizaci6n y caracteristicas de la carretera 67 3. Composici6n vehicular en la carretera 68 4. Costos de rehabilitaci6n para cada tramo de la carretera ($ del 2002) 70 5. Costos de mantenimiento ($ del 2002) 70 6. Insumos para vehiculos , y sus costos 70 7. Trabajos , costos y cantidad de obra . Tramo 1 - Alternativa 0 74 8 . Trabajos, costos y cantidad de obra . Tramo 1 - Alternativa 1 75 9. Trabajos, costos y cant idad de obra . Tramo 2 - Alternativa 0 76 10. Trabajos, costos y cantidad de obra . Tramo 2 - Alternativa 1 77 11 . Trabajos, costos y cantidad de obra . Tramo 3 - Alternativa 0 78 12. Trabajos , costos y cantidad de obra . Tramo 3 - Alternativa 1 79 13. Trabajos , costos y cantidad de obra. Tramo 4 - Alternativa 0 80 14. Trabajos , costos y cantidad de obra. Tramo 4 - Alternativa 1 81 15. Trabajos , costos y cantidad de obra . Tramo 5 - Alternativa 0 82 16. Trabajos, costos y cantidad de obra . Tramo 5 - Alternativa 1 83 17. Inversi6n anual total por alternativa para la carretera

($ miles del 2002) 84 18. Discriminaci6n de inversi6n por actividad para cada alternativa

($ miles del 2002) 84 19. Costos totales para la Alternativa 0 (Solo Mantenimiento)

($ miles de millones del 2002) 85 20 . Costos totales para la Alternativa 1 (Rehabilitaci6n) 86 21 . Indicadores de rentabil idad . Alternativa1 vs . Alternativa 0

($ miles de millones del 2002) 86

vii

INTRODUCCION

HDM-4 es la abreviatura de "HIGHWAY DEVELOPMENT & MANAGEMENT" que traducida al espanol significa "Administracion y Desarrollo de Carreteras", y es con 10 que se denomina un programa (software) para computador que permite la evaluacion de alternativas relacionadas con la inversion en proyectos de carreteras; evaluacion que puede ser de tipo tecnico y/o economico.

EI HDM-4 es una nueva version del HDM-III (Highway Design and Maintenance Standards Model), que igualmente es un programa para computador utilizado con el mismo fin, en el que se consideran mejoras sustanciales para su uso y aplicacion permitiendo, en terminos generales, una mayor versatilidad y aplicabilidad.

EI modelo permite identificar el estado de una carretera, 0 tramo de ella , al estar some tid a a una determinada utilizacion , segun las condiciones prevalecientes y esperadas de la misma en cuanto a geometria , trafico vehicular, ambiente, etc., logn3ndose con esto la evaluacion de tipo tecnico; simultaneamente, se puede considerar el aspecto economico al tener presente los costos del tiempo de los usuarios y los insumos para el parque automotor, y los de las actividades de construccion y mantenimiento de la carretera.

AI analizar un proyecto de carreteras se deben considerar varias alternativas tanto de construccion, si de trata de un proyecto nuevo, como de mantenimiento posterior para el mismo caso 0 el de carreteras existentes a las que se pretende recuperar 0 dar condiciones adecuadas de transitabilidad para los usuarios. Identificar la mejor alternativa es el objetivo del personal responsable del estado de las carreteras (ingenieros, administradores, politicos, etc), por 10 que se hace necesario conocer 10 que sucederia para cada alternativa. EI empleo del modele HDM permite lograr este objetivo con rapidez, por 10 que se hace imprescindible su uso en la mayoria de los casos; ademas muchos proyectos deben considerar su aplicacion ya que es requisito de las autoridades especialmente cuando se trata de buscar apoyo internacional.

En este libro se presenta una sintesis general sobre el uso que se puede dar al programa, con base en la Version 1.3 del programa (en Espanol), ultima disponible al publico a la fecha de elaboracion de este texto, con el animo de facilitar a los usuarios su aplicacion, en especifico de 10 que se denomina "Analisis de Proyecto", mostrando con el apoyo de figuras el orden adecuado de uso; se indican las variables necesarias para su correcta operacion, aspectos fuente de investigacion para la calibracion 0 adaptacion del modele a las condiciones particulares del medio colombiano, y finalmente se presenta un ejemplo en el. que se muestra una sencilla aplicacion practica.

1. SOBRE EL HOM

EI modelo de Estandares de Conservacion y Diseno de Carreteras (Highway Design and Maintenance Standards Model (HDM-III)), desarrollado por el Banco Mundial, se ha utilizado desde hace muchos anos para combinar la evaluacion tecnica y economica de proyectos, preparar programas de inversion y analizar estrategias de redes de carreteras. EI Estudio Internacional para la Administracion y Desarrollo de Carreteras (International Study of Highway Development and Management (ISOHDM)) ha sido realizado para ampliar el ambito del modelo HOM-III y para armonizar los sistemas de gestion de carreteras con herramientas de software adaptables y faciles de usar. Esto ha dado como resultado la Herramienta de Administracion y Desarrollo de Carreteras (Highway Development and Management Tool (HDM-4)).

EI ambito de HDM-4 se ha ampliado considerablemente, superando las evaluaciones tradicionales de los proyectos, para proporcionar un sistema para el analisis de la gesti6n de carreteras y de las alternativas de inversion. EI enfasis se situo en clasificar y aplicar los conocimientos existentes, mas que en emprender nuevos y largos estudios empiricos, aunque se han tenido que recoger datos de forma limitada. Siempre que ha sido posible se han desarrollado enfoques nuevos y creativos para aplicar los conocimientos mas recientes a los problemas tecnicos ya las necesidades de gestion de los distintos paises.

EI primer paso para producir un modelo de evaluacion de proyectos de carreteras 10 dio en 1968 el Banco Mundial, asi el primer modelo se produjo como respuesta a los terminos de referencia para un estudio de diseno de carreteras producido por el Banco Mundial conjuntamente con el Transport and Road Research Laboratory (TRRL) y el Laboratoire Central des Ponts et Chaussees (LCPC). Posteriormente, el Banco Mundial encargo al Massachusetts Institute of Technology (MIT) la realizacion de un estudio de la bibliografia existente y la construccion de un modelo basado en la informacion disponible. EI modelo resultante - Highway Cost Model (HCM) - producido por el MIT entre 1971 y 1972 supuso un considerable avance sobre otros modelos utilizados para examinar las interacciones entre los cost os de las obras y de la operacion de vehiculos.

Como continuacion de 10 anterior, TRRL y el Banco Mundial, Ilevaron a cabo un importante estudio de campo en Kenya para investigar el deterioro de carreteras pavimentadas y no pavimentadas, asi como los factores que afectan a los costos de operacion de vehiculos en un pais en desarrollo . Los resultados de este estudio fueron utilizados por TRRL para producir la primera version prototipo del Modelo de Inversi6n en Transporte por Carretera (Road Transport Investment Model (RTIM)) para paises en desarrollo, en el ano 1977. En 1976, el Banco Mundial financio nuevos desarrollos del HCM en el MIT que produjo la primera version del

2