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HDM-4 GUiA BAslCA PARA SU usa

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JOHN JAIRO POSADA HENAO Ingeniero Civil

Especialista en Vias y Transporte

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(1 PTO DE DTBLIOTECAS u t3Ll OIEeA MINAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA - SEDE MEDELLiN shyFACULTAD DE MINAS

ESCUELA DE INGENIERiA CIVIL 2003

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GUiA BAslCA PARA SU USC

JOHN JAIRO POSADA HENAO i yen lt Ingeniero Civil


jjposadaunalmededuco

Trabajo presentado para promoci6n en la carrera profesoral

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA - SEDE MEDELLiN shyFACUL TAD DE MINAS


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CONTENIDO

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LISTA DE FIGURAS ~f7iY~~ iv

LISTA DE TABLAS UNIVERSIDAD NACIONAL DE COImlI vii I SUI middot11 IJtUiN

INTRODUCCION DEPTO DE BIBLTOTF(AS

1DIBLIOTECA MINAS

1 SOBRE EL HDM 2

2 DESCRIPCION GENERAL DEL MODELO 5

3 usa DEL PROGRAMA 7 31 INGRESO AL PROGRAMA 7 32 BASES DE-DATOS 9 321 Configuraci6n 9

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322 Redes de carreteras 17 323Parques de vehiculos 26

~ ~

324 Estandares de trabajo 32 ~ ~~

33 HERRAMIENTAS DE ANALISIS 46

331 Proyectos 47 332 Programas 55

333 Estrategias 57 34 RESULTADOS 59

4 EJEMPLO DE APLICACION 66 41 GENERALIDADES 66 42 CARACTERIZACION DE LA ViA ACTUAL Y TRAFICO VEHICULAR 67 43 ALTERNATIVA DE REHABILITACION 68 44 MODELACION 68 441 Alternativas 69 442 Costos 69 45 RESULTADOS 71

~ ~ ~~ i 451 Modelaci6nbasica 71

452 Analisis de sensibilidad 87 t ~

46 ANALISIS DE RESULTADOS 87

5 middotRECOMENDACIONES 88

6 BIBLIOGRAFIA 89

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426 ~ I ()

LISTA DE FIGURAS

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1 Ventana de entrada 2 Ventana de bienvenida 3 Ventana general de Espacio de Trabajo 4 Componentes de la Configuracion 5 Ventana de eleccion y confirmacion de 10 que se desea crear 6 Definicion de un Modelo de Trafico 7 Confirmacion de la creacion de un Modelo de Trafico 8 Definicion de Tipo de VelocidadCapacidad 9 Definicion de Zona Climatica 10 Eleccion de Moneda a utilizar 11 Ventana principal Datos Globales de Tramo (Volumen de Trafico) 12 Valores para los niveles de Volumen de Trafico 13 Ventana principal Datos Globales de Tramo (Tipo de Geometria) 14 Valores para los niveles de Tipo de Geometria 15 Ventana de Tablas Globales de Tramo 16 Ventana de Configuraci6n con elementos definidos 17 Seleccion Redes de Carreteras 18 Nombre para la Red de Carreteras 19 Ventana inicial de Datos para Tramo de Carretera 20 Opcion para crear un tramo nuevo con todos los datos 21 Datos globales de tramo para ingresar 22 Datos globales de tramo completados 23 Datos para tramo - Definici6n 24 Datos para tramo - Geometriashy25 Datos para tramo - Firme 26 Datos para tramo - Estado 27 Datos para calibracion del tramo 28 Opcion para crear un tramo nuevo basado en uno existente 29 Datos para tramo nuevo con base en uno existente 30 Visualizacionde tramos de una Red de Carreteras 31 Visualizacion de las redes de carreteras 32 Ventana para creaci6n- de Parque de Vehiculosmiddot 33 Confirmaci6n para la creaci6n de Parque de Vehiculos 34 Definici6n de nombre y divisaparaelparque de vehiculos 35 Inicio para creacion de vehiculo 36 Seleccion categoria del vehiculo 37 Caracteristicas iniciales del vehiculo - Definicion shy38 Caracteristicas basicas del vehiculo 39 Costos para el vehiculo 40 Visualizacion de vehiculos

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7 8 8 9 10 10 11 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 20 21 21 22 22 23 24 24 25 25 27 27 27 28 29 29 30 30 31

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41 Visualizacion de Parques de Vehiculos 42 Seleccion de Estandares de Trabajo 43 Opciones para Estandares de Trabajo 44 Confirmacion para la creacion de un Estandar de Conservacion 45 Definicion de un Estandar de Conservacion 46 Definicion y eleccion de tarea 47~ Informacion generalde la tarea 48 Definici6n de la intervencion de la tarea - Tipo Programada shy49Costos asociados a-Ia Tarea 50 Efectosesperados al concluir la tarea en la carretera 51~ Definicion de la intervenci6n de-Ia-ta-rea- Tipo-Correctiva~ 52 Asignacion del criterio de intervencion 53 Visualizaciondel criterio de intervenci6ndefinido 54 Visualizaci6n de las tareas asignadas en un Estandar 55 Ventana luego de creado un Estandar de Conservaci6n 56 Definici6n general de un Estandar de Mejora e Intervenci6n 57 Definicion del tipo de Mejora 58 Detalles constructivos en una mejora 59 Criterio de intervencion - Tipo Programada 60 Criterio de intervencion - Tipo Correctiva shy61 Costos asociados a la mejora 62 Aspectos del pavimento en la mejora 63 Geometria para eltramo luego de la mejora 64 Efectos esperados en el tramo luego de la mejora 65 Visualizacion de los Estandares de Trabajo 66 Definicion de costa unitario linea presupuestaria y consumo

energetico asociado a cada tarea u operacion de trabajo 67 Inicio de creaci6n de Proyecto 68 Confirmacion para la creacion de un nuevo proyecto 69 Nombre del Proyecto Red de carreteras y Parque de vehiculos 70 Definicion del proyecto eil detalle - General shy71 ~ Definici6n del proyecto en detalle - Seleccion de tramos 72 Definicion del proyecto en detalle - Seleccion de vehiculos shy73 Definicion del proyecto en detalle - Definicion del Trafico Normal shy74 Detalles del trafico normal- Composicion y crecimiento 75 Especificacion de alternativas de actuaci6n en la red vial 76 ASignacion de trabajos por alternativa a los tramos

77 Visualizacion de alternativas yasignaciones por tramo 78 Definicion de Analisis de Proyecto - Configurar ejecuci6n 79 Definici6n de Analisis de Proyecto - Ejecutar analisis

31 32 32 33 33 34 35 35 36 37 37 38 38 39 39 40 41 41 42 42 43 43 44 44 45

46 47 48 48 49 49 50 50 51 52 52 53 54 54

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80 Ejecucion del analisis 81 Definicion de Programa Ventana principal 82 Definicion de Estrategia Ventana principalshy83 Ventana principal de informes (Resultados) 84 Resultados - Trafico 85 Resultados Deterioro y Efectos de los trabajos 86 Resultados - Efectos sobre el usuario 87 Resultados - Efecto Medioambiental 88 Resultados - Flujo de costos 89 Resultados - Analisis de Estrategias y Programas 90 Resultados - Datos de entrada 91 Visualizacion de resultado grafico y boton de exportar 92 Evoluci6n de la rugosidad Tram01 93 Evoluci6n de la rugosidad Tramo2 94 Evoluci6n de la rugosidad Tramo3 95 Evoluci6n de la rugosidad Tramo4 96 Evoluci6n de la rugosidad Tram05

55 56 59 60 61 61 62 62 63 63 64 65 71 72 72 73 73

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LISTA DE TABLAS

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1 Clasificacion de vehlculos 26 2 Sectorizacion y caracterlsticas de la carretera 67 3 Composicion vehicular en la carretera 68

~ t 4 Costos de rehabilitacion para cada tramo de la carretera ($ del 2002) 70 ~~ 5 Costos de mantenimiento ($ del 2002) 70

6 Insumos vehiculares y sus costos 70 J 1 ~ 7 Trabajos costos y cantidad de obra Tramo 1 - Alternativa 0 74

L 8 Trabajos costos y cantidad de obra Tramo 1 - Alternativa 1 75 0

1 10 r 9 Trabajos costos y cantidad de obra Tramo 2 - Alternativa 0 76 10 Trabajos costos y cantidad de obra Tramo 2 - Alternativa 1 77

d f~ ~ ~ 11middot Trabajos costos y cantidad de obra Tramo 3middot - Alternativa 0 78

12 Trabajos costos y cantidad de obra Tramo 3 - Alternativa 1 79 13 Trabajos -cost-os ycantidad de middotobra 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 Inversion anualtotal por alternativapara la carretera

( ($ miles del 2002) 84 18 Discriminacion de inversion 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 (Rehabilitacion) 86 21 Indicadores de rentabilidad Alternativa1 vs Alternativa 0

($ miles de millones del 2002) 86

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INTRODUCCION

HDM-4es la abreviatura deHIGHWAY DEVELOPMENT ampMANAGEMENT~ique podrfamostraduciral espafiolconloAdministraci6n c y Desarrollo de Carreteras queconsiste en un programaparaser usadoen computado~~que permite una rapida evaluaci6n de alternativasrelacionadascon Is inversi6n en proyectos de carreterasjevaluaci6n que puede ser detipo tecnico yoecon6mico middot

En HDM-4esuna nueva~versi6n del HDM-III(Highway~ Design and Maintenance Standards Mode) igualmente programa para computador utilizado con el mismo fin en el que se consideranmejoras sustancialesdeuso y aplicaci6n permitiendo en terminos generales una mayor versatilidad yaplicabilidad

EI modelo permite identificar el estado de una carretera 0 tramo de ella al estar sometida a un determinado uso segunlascbndicionesprevalecientes y esperadas de la misma encuanto ageometrfa trafico vehicular ambienteetci lograndosecon esto la ~evaluaci6n detipo tecnico simultaneamente se puede considerarel aspecto econ6mico aLtenerpresehte loscostosde los ljrisumos para el parque auto motor y losdelasactividades de construcci6n y manten imiento de la~carretera

~ltl ~ - I

AI analizar un proyecto de carreteras se deben considerar varias alternativas tanto de construcci6n si de trata de un proyecto nuevo como de mantenimiento posterior para el misme casooeLdecarreterasexistehtesalasquese pretende~ recuperar 0 dar cOndicionesadecuadas de transitabilidadmiddot para los usuaribs Identifica(larnejor alternativaesel objetivodel personal responsable delestado de lascarreteras (ingenierosadministradores politicosetc) porloque se hace necesario conocer 10 que sucederiapara cadaalternativael usodeestemodehimiddot permite lograr este objetivocon rapidez porlo-que se hace imprescindible su usb en lamayoria de los casos ademas muchos proyectos debeconsidera el uso de este mpdeloyamiddotque es requisitode las autoridadesespecialrilentecuando setrata de buscarapoyo internacidnal ~ gt

middot~jmiddotl It ~ jl~ fo ~

En este documento se presentauna sfntesisgeneral sobreel usoque se puede~ dar al programa con el animo de facilitar a los usuarios suaplicaci6n mostrando con el apoyode figuraseF orden adecuado se indican las variables necesarias para su correcta operaci6nlaspectosfu~ntede investigaci6npara la calibrati6n 0

adaptaci6n deL modelo a las condiciones particulares del i medio cOlombiano Y finalmente sepresents un ejemplo~ t

bull t ~ ~

Se presenta este documeritocorf base en Ia Versi6n~1 ~3 del programa (en Espanol) ultima dispdiiibleal publicoen el mercado a Jafecha de presentacion-de este trabajo ~- L

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1 SOBREEL~HDM

ELmodelo de Estandares de Consefiacion~y Disenomiddotde Carreteras (Highway Design and MainienanceStandardsModel (HDMIII)) desarrollado porel Banco Mundial semiddotha utilizado Qesde hace muchos ~anQs paraicombinarla~middotevaluacion tecnica yeconomica de proyectos prepara( programas~deinversion y analizar estrategias de redes -decarreteras EI Estudio Inter~acionaldel Desarrollo y Gestion de Carreteras International Study of Highway Development and Management (ISOHPMraquo) hasido realizado para ampliar eLambito del modelo HDM~III y para atmonizar los sistemas de gesti6n decarreteras con herramientas de~software adaptables t yfacilesde usar Esto haldado como re~ultado la Herramienta de Desarrollo yGestion deCarreteras(Highway Development and Management Tool (HDM-4))

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EI ambito de HDM~4_se ha amplia90 considerabh3mente superando las~ i evaluaciones tradicionales de los proyectosparai proporcionanun potente sistema para el analisis deJagestion decarreterasy de lasalternativas de inversion EI

enfasis se situ6enclasificar y aplicarmiddotlos conocimientbsexistentesJ mas que en emprender nuevos y largosestudiosempfricosaunque sehantenidoquerecoger datos de forma Iimitada Siempre que ha sido posible se han desarrolladomiddot enfoques nuevos y creativos para aplicar los conocimientos mas recientes a los problemastecnicosy alasnecesidades de gestiondelosmiddotdistintos parses

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EI primer pasomiddot para producir un modelo de evaluaci6n de proyectos de qarreteras lodio en1968 elmiddot Banco Mundialasfel primer modeloseprodujo cOmo respuesta alos terminosde referenciaipara un estudiode disenodecarreterasproducidomiddot por elBanco Mundialmiddotconjuntamelitecon elTransportandRoad Research Laboratoryl (TRRL) Y el Laboratoire Central des Ponts etChaussees (LCPC) __ Posteriotmentei

el Banco Mundial encarg6 al Massachusetts Instituteof Technology (MIT)da realizaci6n de un estudio ~de I~ bibliografra existentEE yIa construcci6nldeun modelo basadoen lainfdrmaci6ndispbnible EI modelbresultante~ Highway Cost Model (HCM) - producido por el MIT entre 1971 y 1972 supuso unconsiderable avance sobre otros modelos utilizados para examinar las interacciones entre los costos de las obras y delaoperaci6n de vehrculos r(p~r

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Como~ continuaci6n de 10 anteriorTRRL y elBancoMundial lIevaron accaboun importanteiestudiod~campo en Kenya para investigar iel deteriorode carreteras pavimentadasy middotrio pavimentadas asi como Idsfactoresque afectana los costos de operaci6n de vehfculos en un pars en desarrollo- Lo~resultadosdeesteestLidio~ fueron utiliz~dos por TRRL para producir la primera versi6n prototipo del Modelo delnversi6n ~en Transporte pdr Carretera~ (Road -Transport Investmmiddotent Model (RTIMraquo parapafsesendesarrolloien el ana 1977 En~976 el Banco rv1undial financio nuevos desarrollos del HCM en el MIT que produjo la primeraversi6ndeL

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Modelo de Estandares de Diseno y Conservacion de Carreteras(Highway Design and MaintenanceStandards modeL(HDM)) queseobtuvb en 1979middot -

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Otros trabajos adicionales fueron realizados en diversos parses para ampliar el ambito geograficode los modelos RTI~y HDM como sori

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~ Estudio Caribe~ investigaba los efectosdela geometrra de carreterasen los costos deoperaci6n de vehfculos Estudio India estudiaba problemaSoperativosdelascarreterasde la Indiaen terminosdefirmesestrechos y grandes proporcionesde trarisporte Iio motorizadogt bull Estudio Brasil ampliaba la validez de todas fas relaciones entre modelos

Los resultados de algunos de Ibssstudiosmiddotsemiddotmiddotusaronparcfdesarrollar el modelo RTIM2 mientras que el Banco Mundial desarroll6 un modelo mas completo que incorporaba 10 averiguado en todos los estudios anteriores y esto condujo al HDMshyIII Ambos modelos fueron disenados originalmente para operar en ordenadores centrales y a medida que la tecnologra informatica fue avanzando la Universidad de Birmingham produjo para Ja TRRL una version para microcomputadores del RTIM2 Posteriormente en 1989 el Banco Mundial produjo HDM-PC como una version para microcomputadores de HDM-III

Se siguieron desarrollando ambos modelos y TRRL produjo RTIM3 en 1993 para ofrecer una version del software facil de usar en forma de hoja de calculo y en 1994 el Banco Mundial produjo dos versiones mas de HDM HDM-Q (incorporaba los efectos de la congesti6n de traficoen el programa HDM-III) y HOM Manager que proporcionaba una interfaz de usuario a HDM-III

Se han utilizado ampliamente distintas versiones de los modelos en diversos parses que han sido fundamentales para justificar los cada vez mayores presupuestos de conservaci6n y rehabilitaci6n de carreteras enmuchos de ellos Los model os se utilizaron para investigar la viabilidad econ6mica de proyectos en mas de 100 parses y para optimizar los beneficios econ6micos de usuarios de carreteras bajo diferentes niveles de gastos Como tal proporcionan avanzadas herramientas de ansdisis de inversiones en carreterascon unas posibilidades de aplicaci6n inuy amplias en diversos climas y condiciones Sin embargo se reconoci6 la necesidad de un nuevo desarrollo fundamental de los distintos modelos para- incorporar una gama mas amplia de pavimentos y condiciones de

usa e incorporar las practicas y expectativas informaticas mas modernas ademas se debe tener presente que las relaciones tecnicas contenidas en los modelos RTIM3 y HDM-III tenfan mas de 10 anos de antiguedad en el ana 1995

Aunque muchos modelos de deterioro de carreteras eran todavfa validos existia la necesidad de incorporar los resultados de las muchas investigaciones realizadas en todo el mundo en ese periodo En el caso de costos de operaci6n de vehfculos se reconocia que la tecnologfa de estos habia mejorado muoho desde 1980 por 10

3

cU91middotlos costo~Arpicos de operacion podrran ser diferentes a Josobtenidos en las predicciones deJog modelosRTIM~ y HDM~III Porlo tanto ersnecesario actualizar las relaciones tecnicas para reflejarfos ultimos avances

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Aunque muchas aplicaciones middotdemiddot losdistintos modelos se habfan utilizadoem paises en desarrollo en los ultimos arios muchos parses industrializados comenzarona utilizan eli modelo~ Estohacfa queJuese necesario incluir funcionesi adicionales como p~r ejemplo modelos para efectosdeJa congestion deJrafico ef~c~os declirnas frfQ~ iuna gama masarnpHctde pavimentq~)a seguridad vial y efectosmedioambientaies (consumo de energiaJ~ui~o delJrafico yemisionesde vehiculostmiddotmiddotX)[ i n )

EIJDarcode e~10scDtegechntes sirvi6d~Jeferenqia para el desarrollo de HPM-4 -

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2 DESCRIPCION GENERALDEL MODELO

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La estructura general del HDM-4 se ilustra en lasiguiente Figuramiddot 1 -

Gestores de datos N middotmiddotmiddotmiddotmiddoti

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rEST-RUCTURAGENERAlDEL MODELO

Las tresherramientasde~analisis(EstrategiaPrograma y Proyecto) operar(sobre datos definidos en las bases de datosqiJeson cUatro ~

Redes de carreteras Define las caracterfsticasfisicasOe tramos de carreteras en unaredosubred quesevaa analizar ~ ~ I )

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bull Parques de vehrculos Define las caracteristicas del parque de vehfculosque operanen (a red de carreterasquese vaa analizar ~~ I

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bull E~standares d~Trab~jo pefil9 estan~are~ de cons~ry~qi6n) majora juntcr co~su~C()stosunitariosqUe~~ra~aplicaqCgtsalos distintostramos cje I~ carret$ra ~

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bull Configu~aci6n Define lOS dat6s qlle por def(3cto que seusaran ~ri las aplicaciones AI instalar HDM-4 p~r primera vez se suministra un conjunto de datos predefinidos que pueden ser modificarlos para adecuarlos al entorno local

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GUiA BAslCA PARA SU USC

JOHN JAIRO POSADA HENAO i yen lt Ingeniero Civil


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Trabajo presentado para promoci6n en la carrera profesoral

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1 SOBRE EL HDM 2



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1 SOBRE EL HDM 2



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