Análisis económico de pavimentos rígidos diseñados con geometría optimizada y método AASHTO 93 para evaluación de alternativas, provincia de Lima

Abstract

La infraestructura vial conecta los lugares más remotos con ciudades, permitiendo con esto el impulso de la economía y el desarrollo del país con la importación y exportación de productos locales, por lo que el no tener vías que conectan regiones afectaría el desarrollo y crecimiento del país. En la actualidad la mayoría de distritos de la provincia de Lima se encuentran con la realidad que sus pavimentos presentan de regular a malas condiciones de serviciabilidad, lo que genera consigo nuevos problemas como son: aumento en el tiempo de viaje, contaminación por presencia de polvo y acumulación de charcos de agua debido a agrietamiento y erosiones que se generan en los pavimentos. La gran longitud de las losas que se obtienen con la metodología de diseño de pavimentos rígidos por AASHTO 93 (método tradicional en el Perú), considerando que a mayor dimensión de una losa mayor será la cantidad de ejes que reciba, por lo que tendrá mayores tensiones y por lo tanto generan mayores espesores para poder resistir estas tensiones. Esté mayor espesor provoca elevados costos de construcción y mayor cantidad de recursos utilizados. Por lo que, en el presente proyecto de investigación, siendo la metodología de pavimentos rígidos optimizados (TCP) una alternativa para disminuir los costos de manera sustentable, se evaluó pavimentos de concreto diseñados con geometría optimizada y por el método AASHTO 93 en la provincia de Lima. Se realizó una matriz de modelos técnicamente equivalentes, esta matriz considera diseños equivalentes a partir de dos parámetros: tránsito y suelo. El diseño de pavimentos con geometría optimizada se realizó mediante el programa Optipave 2.0 y el diseño por AASHTO 93 se tomó en cuenta el Manual de Carreteras Suelos Geología, Geotecnia y Pavimentos. Por el método AASHTO 93 se realizaron dos diseños para cada situación variando el parámetro de transferencia de cargas (J), se realizó un diseño al considerar pasadores (J=2.8) y otro diseño al no considerar pasadores (J=3.8). En base a los resultados de los diseños se realizó un análisis económico para cada situación teniendo como conclusión que los pavimentos rígidos diseñados con geometría optimizada son técnica y económicamente óptimos en comparación con pavimentos rígidos diseñados por AASHTO93, lográndose un ahorro de 13.2% hasta 40.2 % del costo directo el cual depende del nivel de tránsito y la calidad del suelo de la carretera aplicable a la provincia de Lima, a mayor cantidad de ejes equivalentes se tiende a aumentar la diferencia entre el costo por ambas metodologías de diseño y por lo tanto aumentar el ahorro al utilizar pavimentos rígidos diseñados con geometría optimizada, de igual manera ,a un mayor valor del CBR de la subrasante se tiende a aumentar el ahorro al utilizar pavimentos rígidos diseñados con geometría optimizada. En el diseño de pavimentos rígidos diseñados con geometría optimizada se obtuvo espesores entre 12 cm a 17, en cambio al utilizar pavimentos rígidos diseñados por la metodología AASHTO 93 se obtuvo espesores entre 16 cm a 29 cm considerando pasadores (J=2.8) y se obtuvo espesores entre 19 cm y 33 cm sin considerar pasadores (J=3.8). Por lo que se logró reducir el espesor de la losa en un rango de 3 a 18 cm al utilizar pavimentos rígidos diseñados con geometría optimizada.

The road infrastructure connects the most remote places with cities, thus allowing the boost of the economy and the development of the country with the import and export of local products, so not having roads that connect regions would affect the development and growth of the country. . At present, most of the districts of the province of Lima are faced with the reality that their pavements present regular to poor serviceability conditions, which generates new problems such as: increase in travel time, contamination due to the presence of dust and accumulation of puddles of water due to cracking and erosion generated in the pavements. The great length of the slabs that are obtained with the rigid pavement design methodology by AASHTO 93 (traditional method in Peru), considering that the greater the dimension of a slab, the greater the number of axes it will receive, so it will have greater tensions and therefore generate greater thicknesses to be able to resist these tensions. Being thicker causes high construction costs and a greater amount of resources used. Therefore, in the present research project, being the methodology of optimized rigid pavements (TCP) an alternative to reduce costs in a sustainable way, concrete pavements designed with optimized geometry and by the AASHTO 93 method were evaluated in the province of Lime. A matrix of technically equivalent models was made. This matrix considers equivalent designs based on two parameters: traffic and soil. The design of pavements with optimized geometry was carried out using the Optipave 2.0 program and the design by AASHTO 93 took into account the Manual of Highways, Soils, Geology, Geotechnics and Pavements. Using the AASHTO 93 method, two designs were made for each situation, varying the load transfer parameter (J), a design was made considering pins (J=2.8) and another design not considering pins (J=3.8). Based on the results of the designs, an economic analysis was carried out for each situation, concluding that rigid pavements designed with optimized geometry are technically and economically optimal compared to rigid pavements designed by AASHTO93, achieving savings of 13.2% to 40.2%. From the direct cost which depends on the level of traffic and the quality of the road soil applicable to the province of Lima, the greater the number of equivalent axes, the difference between the cost for both design methodologies tends to increase and therefore increase the savings when using rigid pavements designed with optimized geometry, in the same way, a higher value of the CBR of the subgrade tends to increase the savings when using rigid pavements designed with optimized geometry. In the design of rigid pavements designed with optimized geometry, thicknesses between 12 cm to 17 cm were obtained, on the other hand, when using rigid pavements designed by the AASHTO 93 methodology, thicknesses between 16 cm to 29 cm were obtained considering dowels (J=2.8) and obtained thicknesses between 19 cm and 33 cm without considering dowels (J=3.8). Therefore, it was possible to reduce the thickness of the slab in a range of 3 to 18 cm by using rigid pavements designed with optimized geometry.