Conceptos de desarrollo de redes viales básicos: Sistémico, integralidad e interconexión.

Al desarrollar una red vial es fundamental que se entienda el concepto de integralidad de la red vial nacional, en particular, la red vial estratégica. Esto quiere decir, que los proyectos deben diseñarse pensando en la interconexión de las vías, su impacto en la mejora de los indicadores de servicio de una región  y no de forma aislada. Precisamente esto es lo que no se ha hecho al planificar los proyectos que constituyen la red vial costarricense. Ejemplo de esto son las autopistas principales como la General Cañas, la Florencio del Castillo, la Braulio Carrillo y la concesión San José-Caldera (R27), que no tienen interconexión entre ellas, y que solo en el caso de la ruta 27 se conectan con el aún inconcluso anillo de circunvalación. Este fenómeno tiene un efecto altamente negativo en la operación del sistema de transporte costarricense que no ofrece alternativas de viaje mas directas que no impliquen que toda la carga y viajes en general, atraviesen la ciudad de San José.

Otro concepto que se debe asentar en la planificación de obra vial es el de proyecto completo. Esto quiere decir que los proyectos no pueden quedar sin conexión entre ciudades, pueblos o con la red vial estratégica. Es el concepto de no “ir a poquitos”, repartiendo fondos de forma inconsistente solo por cumplir con compromisos de corto plazo. Por ejemplo, proyectos tan loables como Rincón-Puerto Jiménez, Sabalito-Las Mellizas o Sifón-La abundancia no tienen una conectividad clara con ciudades o la red vial nacional estratégica, quedando básicamente aislados y generando poco impacto en la operación de redes regionales y la nacional. Por lo tanto, los efectos de proyectos como los citados se circunscriben al ámbito meramente local,  y aportan poco  valor estratégico a nivel nacional. Esto no quiere decir, que dichos proyectos no fueran importantes, sino que debieron ser planificados con una visión de mayor integralidad vial. Así las cosas, en caso de que no existiera recurso financiero para conectar dichos proyectos con la red vial estratégica, sí se debieron planificar y diseñar dichos corredores de interconexión, asignarles fondos y construirlos en un tiempo razonable.

Además, el proyecto vial debe contar con todos los elementos para que la obra tenga una adecuada funcionalidad: Espaldones, pintura, drenajkes, sub-drenajes, cunetas, alcantarillas, contracunetas, barreras de contención lateriales y central, entre otros elementos. Aquella idea de que solo hay que tapar los baches o dejar de lado obras tan importantes como la demarcación, no se puede seguir permitiendo.

También, la red vial se debe entender como un sistema. De nuevo, y sin caer en redundancias, los proyectos carreteros deben contribuir integralmente a mejorar la competitividad y calidad de vida de los ciudadanos. Esto implica que de acuerdo con una planificación sistémica, se elevaría el nivel de servicio de nuestra red estratégica para cumplir con algunos estándares que el país debe asumir si se quiere salir del tan deshonroso lugar que se ocupa actualmente a nivel mundial en el área de infraestructura. Ejemplos de estos estándares podrían ser alcanzar velocidades promedio de 110 km/hr en la red vial estratégica, eliminación de intersecciones y semáforos en las ciudades y pueblos que atraviese, de modo que se pueda transitar por toda la red estratégica sin interrupciones, diseño adecuado de puentes, seguridad vial, obras de drenaje, de estabilidad de taludes, etc que garanticen el servicio de dicha red de forma ininterrumpida. Esto implicaría una planificación presupuestaria basada mayormente en criterios técnicos y no de corto plazo. Una vez más se debe mencionar que la priorización no consistiría simplemente en repartir recursos por todo el país, sino en invertir en una red vial estratégica definida técnicamente y con base en un consenso nacional, y de ahí proveer para el desarrollo de las diversas regiones. Un ejemplo de esto es la planificación, desarrollo y construcción de proyectos hidroeléctricos. En este caso, el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) no asigna fondos irracionalmente a los diversos proyectos que tiene en ejecución. Las hidroeléctricas no se desarrollarían por completo si se le diera la casa de máquinas a un proyecto en el norte del país, y la tubería de alta presión a los proyectos del sur. Un desarrollo de este tipo sería inconcebible ya que los proyectos nunca estarían completos para el suministro eléctrico. Haciendo historia, se puede recordar una anécdota, que después de la inauguración  de un proyecto vial en el norte de Costa Rica que había quedado sin conexión con el resto de la región, se le consultó a un funcionario del MOPT ¿cuándo se iba a conectar la carretera con la ciudad mas cercana,  y su respuesta fue que ya se le habían girado muchos recursos al norte, y que el dinero restante se iba a repartir en la región sur. A la fecha, dicho proyecto no se ha terminado. Este tipo de asignación de recursos, basada en criterios de corto plazo, ha provocado el rezago en el desarrollo de la red vial costarricense.  

De acuerdo con la explicación anterior, es necesario que los nuevos proyectos viales por desarrollar giren o “pivotéen” alrededor de las obras más importantes que se están desarrollando actualmente, a saber: Sifón-La Abundancia, Chilamate-Vuelta de Kopper y Cañas-Liberia. De esta manera la Administración activa sería consistente con sus proyectos más ambiciosos y  se le daría el concepto de sistema a los trabajos viales por venir.

La tozudez del empleo de la guía de diseño de pavimentos AASHTO 93

Uno de los temas en que más resistencia al cambio he encontrado por parte de muchos ingenieros viales, es el uso de la guía de diseño de pavimentos AASHTO 93. Personalmente, encuentro una gran contradicción entre la formación fundamental de un ingeniero, basada de los principios de la mecánica con gran fundamento en la matemática y en la física, para que al llegar al ejercicio profesional, se prefieran seguir métodos empíricos, basados en nomogramas que resultan poco (o nada!) precisos para realizar el diseño de un pavimento.

Tanto los famosos nomogramas como la ecuación que les da origen corresponden básicamente a una regresión lineal múltiple, calibrada con base en los resultados de la pista a escala real acelerada de las AASHO de 1958. Es por esto, que la guía es empírica, puesto que el diseñador no realiza en su análisis ninguna consideración fundamental que determine las respuestas del pavimento (esfuerzos, deformaciones y deflexiones), simplemente se introducen algunas características y por el otro lado, sale el número estructural - que no indica nada tampoco!- y luego, se despejan los espesores de una ecuación que incluye los coeficientes estructurales y drenaje. Así las cosas, el diseñador no empleó ningún conocimiento de la mecánica y probablemente, usó valores de propiedades de capas tomados de bibliografía y no medidos en laboratorio o en campo. Esto, se contrapone a la idea actual de diseño de pavimentos que consiste en predecir el desempeño del pavimento y no simplemente a determinar los espesores de sus capas componentes. Este es el principal cambio de paradigma del diseño moderno de pavimentos respecto de la guía AASHTO 93, que busca, predecir la vida útil del pavimento respecto de parámetros como fatiga, deformación permanente de cada capa, regularidad superficial, descalce de losas, eficiencia de transferencia de carga, entre otros.

Aquí también, como hemos mencionado en decenas de conferencias, estriba la principal limitación de la guía, cuya calibración corresponde a las propiedades de los materiales de los pavimentos de la pista, al tránsito usado en ese experimento, al clima de Ottawa en Illinois y a las condiciones de dos tipos de sub-rasante. El diseñador de pavimentos debe tener información clara de su proyecto, en cuanto al tipo de carga, suelo de subrasante, propiedades de los materiales medidas por equipos de carga dinámica y con clara estimación de sus propiedades resilientes,  visco-elástica o no lineales. Igualmente, hay que hacer un análisis detallado del clima de la zona del proyecto y dejar de lado aquella gruesa aproximación, de diseñar asumiendo una temperatura de 21 C y no las temperaturas típicas, analizadas de una manera estadísticamente representativa. Pareciera que la guía se quiso hacer tan práctica, que impidió que generaciones de ingenieros viales valoraran la importancia de la mecánica fundamental, la evaluación de materiales mediante ensayos dinámicos, y la calbración del método de diseño a las condiciones locales.

El tipo de análisis que se propone hoy día, es el mecanístico- empírico (ME), que incluye un serio análsis desde el punto de vista de la mecánica de ingeniería, y una calibración de los modelos de deterioro (fatiga, deformación permanente, IRI, etc) mediante funciones de transferencia. Una función de transferencia es una ecuación que convierte las respuestas del pavimento en un deterioro. Ejemplos de guías de este tipo hay muchos, y con gran éxito, tales como la guía sudraficana, el AASHTO-MEPDG o AASHTO WARE,  o la de California, el CAL-ME. En Costa Rica, ya existe una guía de diseño empírico-mecanicista, con software, y calibrada incialmente a través de las pistas de ensayo a escala natural del LanammeUCR.

El diseño ME, insito, busca predecir el desempeño del pavimento de la forma mas precisa, con una baja incertidumbre y alta confiabilidad estadística.

La guía de AASHTO 93, al no incluir ningún criterio de verificación por desempeño, deja a la libre la estimación de la vida útil del pavimento, y no afina el cálculo de la estructura. Muchas veces he estado en reuniones en donde un diseñador repite de memoria los módulos de rigidez, por ejemplo, de una mezcla asfáltica, sin haber hecho nunca un ensayo de módulo dinámico, para saber con exactitud con qué propiedad diseñar. Esto eso, que no puede hacer una diferenciación efectiva entre distintos tipos de mezcla asfáltica, sean mas finas o gruesas o incluyan algún agente modificador como un polímero, cal y otros.

Igualmente, a la guía AASHTO 93 se le dificulta, sino es que es imposible, la inclusión de efectos climáticos sobre las propiedades de la sub-rasante y los materiales granulares. Tampoco incluye ningún concepto de daño incremental ni de daño incremental-recursivo, necesarios para entender como el pavimento va perdiendo sus propiedades con el tiempo. La siguiente figura ilustra el algoritmo inicial de la guía ME de Costa Rica.

Finalmente, como ingeniero vial, estimo que no hay motivo por el cual seguirse aferrando a una tecnología anticuada, que no dice nada del desempeño futuro de un pavimento y en donde no están claros los principios de la mecánica de materiales.