Presentación de PowerPoint - AMAAC · menores externalidades negativas y tener apertura a...

Luis Limón Garduño

SemMaterials México

Interpretación Práctica de la Valuación del Ciclo de Vida de Pavimentos Flexibles en México

• Asegurar el desempeño por funcionalidad: capacidad estructural, calidad de rodamiento, resistencia a la fricción – seguridad.

• Análisis económico en todo el ciclo de vida del pavimento.

• Valoración integral (ambiental, social y económico) del ciclo de vida: Lyfe-cycle assessment.

• Posicionar sistemas de cuantificación o puntaje que describan y valoren los diferentes esfuerzos y acciones sobre buenas prácticas que se implementen y sus contribuciones específicas: Rating Systems

La sustentabilidad como pieza clave en la valoración de proyectos.

• Clarificar y articular la sustentabilidad como un objetivo primordial en la Organización

• Desempeño: habilidad de servir al uso predeterminado con las menores externalidades negativas y tener apertura a distintas alternativas a las prácticas tradicionales.

• Duración y magnitud del impacto de la acción en pro de la sustentabilidad: debe de ser valorado en todo el ciclo de vida del proyecto.

• Siempre habrá incertidumbre sobre el costo y beneficio de cualquier acción o decisión, por eso el manejo del riesgo debe de considerar análisis probabilísticos.

Marco de Referencia para empezar a “tomar inercia”…

• Método desarrollado a finales de 1960s parala caracterización y cuantificación de lasustentabilidad ambiental en términos dedesempeño utilizando un enfoque denacimiento-muerte (cradle-to gate).

4

Lyfe Cycle Assestment, Definición

ISO

14040

Principios y Marco de

Referencia

ISO

14044

Requisitos y Directrices

ISO

14047

Análisis del Impacto

Ciclo de vida genérico de un sistema de LCA

M,E

,B,C

, T Adquisición de materia

primaM

,E,B

,C, T Procesami

ento de materiales

M,E

,B,C

, T Fabricación

M,E

,B,C

,T Uso

M,E

,W,P

,

Final de la vida

Adaptado de Kendall, A., Keoleian, G. A., 2009

M Materiales

E Energía

B Desechos

C Contaminación

T Transporte

Reciclar

Re-manufac

turar

Re-usar

Re-ciclar

6

Fases en un sistema LCCA y su impacto

Determinar el tipo de estudio

Definir los límites de análisis del sistema

Establecer los limites geográficos y de tiempo del análisis

Determinar la calidad de los datos

Objetivos y Alcances

Se identifican y cuantifican los flujos de entrada y salida (materiales, energía, fuentes, desechos, contaminación y co-productos)

Inventario

- Impacto a los seres humanos

-Impacto a la naturaleza (eco-sistemas)

-Agotamiento de recurso

Impacto

• Realización de la Valuación del Ciclo de Vida (Life CycleAssesment) en la producción del asfalto, desde la extracción del petróleo hasta su producción final en refinería y/o planta.

7

Iniciativas de la industria

-Definición de metodología

-Recopilación de información

Desarrollo de modelos, reporte,

distribución de información

Reglas de categoría de productos (PCR)

Declaración ambiental de productos (EPDs)

Contribuciones al LEED v4

LÍMITES DEL SISTEMA

8

Proyecto del Instituto del Asfalto

Imagen: Fuente Thinkstep

MODELO

• Análisis del Costo del Ciclo de Vida

• Seguridad en la operación e durante las intervenciones: manejo de riesgos y tráfico.

• Minimizar tiempo de afectación al usuario durante la intervención

• Registrar y medir esfuerzos/compromisos ambientales

• Reducción y reutilización de materiales

• Índice de reciclaje efectivo

• Long-life pavement design (evaluación de viabilidad)

• Reducción de energía y emisiones en la producción de materiales

• Garantías especiales de durabilidad

• Reducción de emisiones en equipos de construcción

• Control de materiales de desecho

Puntos básicos a considerar para un análisis LCA en pavimentos

Software LCCA

Respaldado y Emitido por la AsphaltPavement Alliance (APA) Desarrollado por Dr. David H. Timm

Universidad de Auburn

NCAT

Software LCCA

Análisis Determinista o Probabilista

Longitud de Filas por Actividades (C, M & R)

Costos:

Agencia/Dependencia

Construcción (70 – 90%)

Rehabilitación (10 – 25%)

Mantenimiento (poco efecto)

Valor de rescate (muy poco efecto)

Usuarios (Zona de Trabajo)

Reducción de la velocidad

Tiempos de espera

$ Horas Hombre

$ Sobrecosto del viaje

Software LCCA

CASOS DE ESTUDIO: Comparativa PLD vs Convencional (HMA)o Autopista 12 carriles

o 5.8 kilómetros de Longitud

o Periodo de análisis, 25 años

o TDPA= 100,488 ambos sentidos

o % Vehículos Pesados

o Tasa de crecimiento= 4%

o Alternativa 1

o PLD (Sistema de Capas asfálticas SMA-CAM-CAT, 34cm)

o 8 años entre cada rehabilitación (No requiere reconstrucción).

o Fresado SMA 4cm, Capa SMA 4cm.

o Alternativa 2

o Diseño Tradicional (Carpeta asfáltica-Base Asfáltica)

1. Diseño @25 años Fresado y Remplazo de Carpeta Tradicional de 5cm cada 10 años

2. Diseño @15 años y Reconstrucción @10 años adicionales

3. Diseño @25 años, Fresado y Remplazo de Carpeta Tradicional de 5cm cada 5 años

CASO DE ESTUDIO: Comparativa PLD vs Convencional (HMA), Autopista Mex-Pue

Fuente: GEOSOL, 2011.

Software LCCA

Alternativas de Construcción

PLD Convencional (HMA)

CAM, H=20 cm

Subbase

Base Hidráulica

Terracería

CAT, H=10 cm

SMA, H= 4 cmCarpeta HMA H=10cm

Subbase

Base Hidráulica

Terracería

Base Asfáltica H=13-20cm

15

10 Años

ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO CONVENCIONAL PARA DISTINTOS PERIODOS DE DISEÑO (DisPav)

15 Años 25 Años

OBTENCIÓN DE RESPUESTAS CRÍTICAS CÁLCULO DAÑO MENSUAL

16

Diseño de Vida útil (PErRoad). Daño por fatiga = 0.1

εt= -0.00010596

εz= 0.00011328

Daño mensual =𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠

𝑁 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠

𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠=𝐸𝑆𝐴𝐿𝑆

12 (𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑎ñ𝑜𝑠)

=78,500,000

12 (25)= 261,667 𝑝/𝑚𝑒𝑠

FATIGA DEFORMACIÓN PERMANENTE

17

Cálculo daño acumulativo mensual

∗ 𝑁𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 = 𝑁𝑓 = 3 𝑥 10 − 6 ε𝑡-3.148

𝑁𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 = 𝑁𝑓 = 3 𝑥 10 − 6 (0.00010596)−3.148

𝑁𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 = 𝑁𝑓 =9,771,796

Daño mensual =261,667

9,771,796= 0.026

∗ 𝑁𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 = 𝑁𝑑 = 0.000000001365 ε𝑧-4.477

𝑁𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 = 𝑁𝑑 = 0.000000001365 (0.00011328)-4.477

𝑁𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 = 𝑁𝑑 = 638,999

Daño mensual =261,667

638,999= 0.000409

Daño acumulativo a𝑛𝑢𝑎𝑙 = 12 (𝐷𝑎ñ𝑜 𝑚𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙)

Daño acumulativo a𝑛𝑢𝑎𝑙 = 12 0.026 = 0.321 Daño acumulativo a𝑛𝑢𝑎𝑙 = 12 (𝐷𝑎ñ𝑜 𝑚𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙)

Daño acumulativo a𝑛𝑢𝑎𝑙 = 12 0.000409 = 0.00491

*Modelos de deterioro del Asphalt Institute

18

Vida útil del pavimento (Ley de Miner D=1.0 a la falla)

FATIGA

DEFORMACIÓN PERMANENTE

V𝑖𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙(𝑎ñ𝑜𝑠) =1

𝐷𝑎ñ𝑜 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙=

1

0.321

V𝑖𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙(𝑎ñ𝑜𝑠) =1

𝐷𝑎ñ𝑜 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙=

1

0.00491

V𝑖𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑎ñ𝑜𝑠 = 𝟑. 𝟏𝟏

V𝑖𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑎ñ𝑜𝑠 = 203.5

19

Distribución de esfuerzos

Software LCCA

Alternativas de Rehabilitación/Conservación

Cada 5 y 10 años

PLD Tradicional (HMA)

CAM, H=20 cm

Subbase

Base Hidráulica

Terracería

CAT, H=10 cm

Capa SMA, H= 4 cmFresado HMA, H=5cm

Subbase

Base Hidráulica

Terracería

Base Asfáltica, H=13-20cm

HMA, H=5cmCarpeta HMA, H=5cm

Subbase

Base Hidráulica

Terracería

Base Asfáltica, H=13-20cm

HMA, H=5cmCAM, H=20 cm

Subbase

Base Hidráulica

Terracería

CAT, H=10 cm

FRESADO SMA, H= 4 cm

Cada 8 años

21

Timeline Caso 1

Software LCCA

PLD

Tradicional

Software LCCA: Caso 1

LONGITUD DE FILAS PLD: 9 millas

Acción 2, año 16: Fresado 4cm + SMA4cm

Trabajos Diurnos (8 a 18 hrs)

Tradicional HMA: 22 millas

Acción 2, año 20: Fresado 5cm + HMA5cm

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

Work Zone User CostsC1WZUC_HMA

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

Agency Costs

C1Agency_PLD



36% más con PLD43% más con Tradicional

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

All CostsC1Total_HMAC1WZUC_HMA

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

Total CostsC1Total_HMA

25% más con Tradicional

24

Timeline Caso 2

Software LCCA

PLD

Tradicional






Acción 2, año 15: Reconstrucción HMA10cm+BaseAsf.13cm

0,0

1,0

2,0

3,0

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

Work Zone User CostsC2WZUC_H…C2WZUC_P…

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

Agency Costs

C2Agency_PLD



22% más con PLD


0,0

1,0

2,0

3,0

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil



0,0

1,0

2,0

3,0

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

All Costs

C2Total_HMAC2WZUC_HMAC2Agency_HMAC2Total_PLDC2WZUC_PLD

27

Timeline Caso 3

Software LCCA

PLD

Tradicional






Acción 4, año 20: FresadoHMA5cm+HMA5cm

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

Work Zone User CostsC3WZUC_HMA

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

Agency Costs

C3Agency_PLD

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil




12% más con PLD 267% más con Tradicional


0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

All CostsC3Total_HMAC3WZUC_HMA

30

Software LCCA: Resumen de Casos 1-3

0,0

0,1

0,1

0,2

0,2

0,3

0,3

0,4

0,4

0,5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

Agency Costs

C3Agency_PLD C3Agency_HMA



31

Software LCCA: Resumen de Casos 1-3

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

Total Costs

C3Total_HMA

C3Total_PLD

C2Total_HMA

C2Total_PLD

C1Total_HMA

C1Total_PLD

Autopista Mex-Qro

Software LCCA: Trabajos Nocturnos

Horario óptimo de menor flujo vehicular: CASO 3

Sin filas

LONGITUD DE FILAS

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

Total Costs

C3NTotal_HMA

C3NTotal_PLD

0,0

0,1

0,2

0,3

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

Work Zone User Costs

C3NWZUC_H…

0,0

0,2

0,4

0,6

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

Agency Costs

C3NAgency_PLD

Software LCCA: Trabajos Nocturnos

Horario óptimo de menor flujo vehicular: CASO 3

Mismos Costos Totales

13% más con PLD17% más con Tradicional

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 20 40 60 80 100

NP

V (

Mile

s M

DP

)

Percentil

All CostsC3NTotal_HMAC3NWZUC_HMA

Análisis de Sensibilidad del Desempeño

Trabajos Nocturnos (MAYOR VARIACIÓN EN DESEMPEÑO)

o Análisis de Sensibilidad Vida a Fatiga

• Escenario base (Va=3%)

0%

50%

100%

2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0%V

ida

a F

atig

aVacíos de Aire

% Vida a Fatiga vs Vacíos de Aire

Va Vida Fatiga

3.0% 100.0%

3.5% 72.0%

4.0% 53.2%

4.5% 40.2%

5.0% 30.9%

5.5% 24.2%

6.0% 19.3%

Reducción vida aFatiga

Menor desempeño a Fatiga

36

Constructora 1

Capa

% de

Cumplimiento

respecto a EP

Vida útil (años) con

Módulo

retrocalculado

1137 % > 20

2111 % > 20

Constructora 2

Capa

% de

Cumplimiento

respecto a EP

Vida útil (años) con

Módulo

retrocalculado

155 % 5.8

2103 % 5.8

Efecto de las Variables de Construcción

COA = Fb * Cb * TDPA * 365

COA = Costo de operación anual, por kilómetro para todos los vehículos de un mismo tipo

Fb = Factor de operación base

Cb = Costo de operación base del vehículo ($/veh-km)

37

Costos de operación base asociados con la caída en el índice de servicio

Fb

ÍndiceInternacional de Rugosidad

(IRI)

Índice de servicio

(IS)

Costooperación anual (COA), millones de pesos

3.8 3.5 $219,4

10 0.86 $287,8

$341,96

$683,92

$1.025,88

$1.367,84

$1.709,81

Costo de operación Base

Diferencia acumulada, millones…

Año 5 Año 10 Año 15 Año 20 Año 25

38

Análisis de emisiones

39

Materiales y Equipos

40

Estimación de emisiones

0

500

1000

1500

2000

2500

Emisiones de C02 eq/carrill milla durante la construcción Emisiones uso+construcción Anualizadas

39,2795

1641,83

255,5219

1892,4

415,4487

2052

CO

2 e

q

Efecto de la estrategia de intervención en la emision de CO2 equivalente

Fresado en frio y sobre-capa Reconstrucción HMA Reconstrucción HMA y re-ordenamiento de la carretera

Pavimentos de Larga Duración

Ventajas:

Menores costos de ciclo de vida

Menores costos de los usuarios

Mayor desempeño (Sin daño estructural)

No requiere reconstrucción al final de su vida útil (Valor deRescate Alto, $)

Nivel de Daño en el periodo de diseño D=0.1

Capa de Rodadura

Ruido (1 dB menos implica 1m de muro menos de anti-ruido)

Fricción

Acuaplaneo

Reducción en las emisiones de CO2 eq.

42

Fuente: http://www.asphaltroads.org/perpetual-pavement/award-winners/

Pavimentos de Larga Duración

http://www.asphaltroads.org/perpetual-pavement/award-winners/

43

100

o Carretera 1 carril por sentido

o Análisis de 100km de longitud

o 7% Rehabilitación/Conservación


o TDPA= 6,000 por sentido

o % Vehículos Pesados = 5%

o Tasa de crecimiento Vehicular=2.9%

Construcción tradicional HMA 7cm

Fresado 5cm+Sobrecarpeta 5cm@5años.

CASO DE ESTUDIO: RED FEDERAL

Software Life Cycle Cost Assessment (LCCA)

44

100

o Carretera 1 carril por sentido

o Análisis de 100km de longitud

o 7% Rehabilitación/Conservación


o TDPA= 6,000 por sentido

o % Vehículos Pesados = 5%

o Tasa de crecimiento Vehicular=2.9%

Construcción tradicional HMA 7cm

Fresado 5cm+Sobrecarpeta 5cm@5años.



45

100



Para Caso de estudio

100km de Carretera

7km de tramo en conservación

Para toda la Red Federal

50,000 km Red

3,500 km Conservación

COSTOS

• Incorporar valoraciones ecológicas y de consumo energético en los sistemas de administración de pavimentos (SustainabilityMetrics).

• Considerar diseños iniciales, estrategias de mantenimiento y de preservación, y eventualmente rehabilitación o de refuerzo, que permitan que los pavimentos conserven su funcionalidad sin llegar a escenarios terminales o catastróficos.

• Favorecer la preservación de pavimentos: extender la vida del pavimento con eficiencia de rodamiento (smoothness).

Mejores prácticas sustentables

• Reducir el uso de materiales vírgenes.

• Minimizar la transportación de agregados

• Sistemas de reciclado en situ.

• Capas de rodadura de menor consumo energético en la operación vehicular: SMA, OGFC, CASAA.

• Uso de Métodos mecanicistas de diseño.

• Optimizar el uso de materiales dentro de la sección del pavimento.

Mejores prácticas sustentables

• Los esfuerzos deben ser sostenidos y en un contexto de Política de Gobierno

• Crear / modificar especificaciones que ponen barreras o no promueven el re-uso o reciclaje racional de materiales.

• Reducir externalidades negativas durante la construcción: consumo de combustible, generación de partículas contaminantes, ruido, congestión vehicular, residuos.

• Fomentar la innovación y eficiencia en procesos constructivos: mejorar calidad y consumo energético.

Propuesta de recomendaciones necesarias

Seguridad en la operación e durante las intervenciones: manejo de riesgos y tráfico

Autopista Mex-Qro

Cada vez es más crítico buscar la optimización y preservación de los recursos, en este sentido el uso de herramientas y más información que permitan evaluar una estrategia de una forma global: costo para la dependencia, costo para los usuarios, y costo para las futuras generaciones ha tomado un papel relevante.

Los esfuerzos en este sentido realizados a nivel mundial nos permiten analizar los proyectos en sus diferentes implicaciones.

50

Conclusiones

Seguridad en la operación e durante las intervenciones: manejo de riesgos y tráfico

Autopista Mex-Qro

Muchas gracias

[email protected]

mailto:[email protected]

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