Análisis de alternativas de pavimentación en caminos de bajo tránsito, considerando aspectos estructurales, económicos y ambientales

Abstract

La red vial nacional es amplia y se encuentra en constante expansión. Sin embargo, el 52,8% de sus vías no cuentan con ningún tipo de pavimentación, mientras que un 22,4% corresponden a caminos básicos. Esta situación no ha cambiado de manera significativa durante los últimos años, por lo que existe la necesidad de mejorar la accesibilidad de este tipo de caminos, para así aumentar la calidad de vida de los sectores aledaños mediante la reducción del polvo en verano y el barro en invierno, así como la mayor visibilidad o la mejora en la conectividad. Ante esta situación surge el desafío de buscar soluciones óptimas desde el punto de vista técnico, económico y ambiental. Por ello, se propuso identificar, dentro de varias alternativas de pavimentación, el método idóneo considerando dichos factores. Para lograrlo se realizaron y compararon, diseños de pavimentos capa delgada de asfalto, tratamientos superficiales dobles (TSD) y pavimentos de losas delgadas y ultradelgadas de hormigón para caminos de bajo tránsito de la zona centro sur de Chile usando datos de volumen vehicular de los censos de vialidad de la dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas (MOP). Estos diseños se compararon estructuralmente, y de forma simplificada en lo económico y ambiental. Se desarrollaron diseños para caminos de bajo tránsito ubicados en Rancagua, Concepción, Valdivia y Punta Arenas siguiendo los métodos de pavimentación mencionados. Tras realizar los diseños y obtener los espesores de las distintas capas, se seleccionaron para cada método, demanda de ejes equivalentes acumulados (EEA) y zona, los diseños con menores espesores. Posteriormente, se realizó una comparación de los costos económicos y ambientales estimados asociados a cada camino. Se obtuvo que los diseños de menor costo económico en el 87,5% de los casos fueron los de losa ultradelgada de hormigón con adición de fibras de polipropileno que entregaron espesores de losa entre los 11 y 13 cm, estos presentan una reducción del 21,7% de los costos económicos frente a los diseños de losa delgada de hormigón a los 30 años, mientras que los diseños con mayores costos económicos corresponden a los pavimentos de capa delgada de asfalto, seguidos por los TSD, principalmente debido a los costos económicos asociados a las conservaciones de estos. Los diseños de losas de hormigón planteados no superan el 30% de agrietamiento transversal de las losas por lo que no necesitan trabajos de conservación en los años de vida de diseño, solamente los trabajos de mantenimiento periódicos para cualquier vía. Respecto a los costos ambientales, los diseños más económicos a los 20 y 30 años son los TSD, mientras que los más costosos corresponden a los diseños de losa delgada de hormigón. Sin embargo, se observa una tendencia en la que, a largo plazo, los diseños de losa ultradelgada de hormigón se vuelven cada vez más competitivos ambientalmente, acercando sus costos ambientales a los diseños de capa delgada de asfalto y los TSD, esto debido al buen comportamiento estructural del hormigón frente a los elevados costos ambientales de las conservaciones que afectan a los diseños de capa delgada de asfalto y los TSD frente al aumento de demanda.

The national road network is extensive and is constantly expanding. However, 52.8% of its roads do not have any type of paving, while 22.4% correspond to basic roads. This situation has not changed significantly in recent years, so there is a need to improve the accessibility of these roads to increase the quality of life of the surrounding areas by reducing dust in summer and mud in winter, as well as improving visibility and connectivity. Faced with this situation, the challenge arises to find optimal solutions from a technical, economic and environmental point of view. For this reason, it was proposed to identify, within several paving alternatives, the ideal method taking the above into consideration. To achieve this, asphalt pavement designs, double surface treatments (DST) and short thin and ultra-thin concrete slabs pavements for low traffic roads in the central-south zone of Chile were designed and compared using vehicle volume data from the road census of the MOP's Roads Directorate. These designs were compared structurally, and in a simplified economic and environmental way. Designs were made for low traffic roads located in Rancagua, Concepción, Valdivia and Punta Arenas following the paving methods mentioned above. With the designs made and the thicknesses of the different layers obtained, the designs with the lowest thickness were selected for each method, accumulated equivalent axle demand and area. Subsequently, the estimated economic and environmental costs associated with each road were compared. It was found that the designs with the lowest economic cost in 87.5% of the cases were those of ultra-thin concrete slabs with the addition of polypropylene fibers, which provided slab thicknesses between 11 and 13 cm, these presented a 21.7% reduction in economic costs compared to the designs of thin concrete slabs after 30 years, while the designs with the highest economic costs correspond to the thin asphalt layer pavements, followed by the DST, mainly due to the economic costs associated with their maintenance. The concrete slab designs proposed do not exceed 30% transverse cracking of the slabs, so they do not require maintenance work during the years of design life, only periodic maintenance work for any roadway. Regarding environmental costs, the most economical designs at 20 and 30 years are the DST, while the most expensive ones correspond to the thin concrete slab designs. However, a trend is observed in which, in the long term, the ultra-thin concrete slab designs become more and more environmentally competitive, bringing their environmental costs closer to the thin asphalt layer designs and the DST, due to the good structural performance of concrete versus the high environmental costs of maintenance that affect the thin asphalt layer designs and the DST in the face of increased demand.