INTERNATIONAL SEMINARLONG TUNNELS

17, 18 y 19 de Octubre 2012Santiago, Chile

Optimización de la Operación, Actividades deMantenimiento y Costos para Túneles Viales basados en

la Experiencia

Jørgen Holst COWI A/S

Copenhague - Dinamarca

Desafío para el Diseño, Construcción y Operación

Challenges for Design, Construction and Operation

PIARC CHILE 1

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Introducción

Objetivos para la presentación:•Para resaltar las ideas y los principios detrás de laimplementación de un sistema moderno de gestiónsistemática para túneles de carretera para:

• Optimizar el operación/funcionamiento y las actividades demantenimiento y costo• Asegurar el tráfico cotidiano en todo momento• Garantizar la seguridad y nivel de servicio para los usuarios como definidoen el Concepto de la Seguridad• Garantizar una óptima vida útil de estructuras e instalaciones comohecho en el diseño del túnel

•Bases para la presentación:• Experiencia práctica de Dinamarca durante más de 40 años en elambiente agresivo (puentes y túneles)• Experiencia práctica de muchos otros países en todo el mundo conimplementación de sistemas de gestión durante más que 30 años (puentesy túneles)• Experiencia internacional en Operación y Mantenimiento, reparación ydiseño de la vida útil de la PIARC e intercambio de conocimientos entralas Autoridades viales de Escandinavia

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Costos de Operación y Mantenimiento:Experiencia

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Definiciones - EjemplosOperación y obras de servicio:1. Para garantizar la seguridad y transitabilidad / capacidad para el tráfico

diario en base a estándares aceptados y aprobados, códigos y guíasincluidas las autoridades viales y sus estrategias elegidas para laOperación y Manteniemiento.

Obras de Mantenimiento:1. Obras preventivas y correctivas incluyendo raparación y reemplazo

menor de componentes para estructuras e instalaciones (M&E)

Obras menores de reparación:1. Planificado/agudo/trabajos de emergencia. Duración de 1 – 4 semanas

normalmente. Economia: 0.2 – 0.6 millones de U$.

Obras mayores de reparación:1. Obras siempre planificadas. Datos de inspecciones principales e

especiales. La estrategia elegida está óptimizada. Economia: Varía ( 5 –20 % de los costos de una nueva construcción)

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Operación y Mantenimiento basada en experiencia

• Años de experiencia aplicado y utilizandoun enfoque sistemático de Operación yMantenimiento (O&M) incluida lareparación, rehabilitación y reemplazo deinstalaciones y estructuras da base para:

– Evaluación de condición real– Estimar una vida residual confiable para

elementos y componentes del túnel

• Consideraciones por la vida útil realista seutilizan constantemente durante:

– Hacer presupuestos y cálculos de estrategiasóptimas para:

• Actividades de Operación yMantenimiento

• Obras de reparación• Obras de rehabilitación / reemplazo

• Considerando los costos generales de lavida útil de cada estrategia conduce a unaoptimización técnico – económico duranteun período de tiempo pre - determinado

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Planificación de Operación y Actividades de Mantenimiento

• Componentes principales para un buensistema de monitoreo técnico –económico utilizado para planificaciónde O& M son:

1. Definir, establecer e implementar unsistema de inspección

2. Desarrollar e implementar un sistemade gestión de túnel (TMS) para laplanificación sistemática de O&M

3. Integrar un sistema SCADA(monitoreo)

• Resultatdo/Salida:

• Necesidades de operación y mantenimiento• Necesidades de reparación y reemplazo• Predicción de deterioro y consecuencias• Opciones de reparación• Calificación y Optimización de recursos

limitados• Estimación de costos y presupuestos generales7

Tipo de Inspección

• Inspección del Sobrestante / el Caminero• Inspección Rutinaria• Inspección Principal• Inspección Especial

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Inspección de estructuras e instalaciones – Tipos(Hay más información en el articulo)

Inspección del Sobrestante / el Caminero:• Inspección visual diariamente/semanalmente de su caminonetta• Inspección de falla o daño agudo

Inspección Rutinaria:• Inspección mensual/trimestral durante la ejecución de las obras de

mantenimiento preventivo y planificado• Verificación y control de la functionalidad y la condición de todos los

componentes

Inspección Principal:• Ser llevada a cabo con intervalos predefinidos de entra 1 – 5 años

(dependiendo de la condición) de todas las estructuras ( y las instalaciones si esnecesario)

• Inspección visual con Ingenieros calificados y experimentados

Inspeccion Especial:• Ser llevada a cabo por especialistas como supplemento a la inspección

principal. Utilización de equipo especial. Estrategias y recomendaciones. 9

Componentes de un Sistema de Gestión: PIARC

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Proceso del Sistema de Gestión de Túnel: PIARC

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Sistema de Gestión de Túnel y Puentes

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Historia Danesa: BMS/TMS para Puentes y Túneles

• Sistema DOS, usuario único (Dataflex)• Ferrocarril del Estado de Dinamarca 1983 - 1987• Departemento de Carreteras (DOH), Tailandia 1988 - 1991

• Sistema DOS, Multiusuario (Oracle)• Ferrocarril del Estado de Tailandés (SRT), Tailandia 1992 - 1997• Ferrocarril Malayo, Malaysia 1994 - 1996

•Sistema Windows (incluyendo GIS), Multiusuario (Oracle)• Administración de Transporte Terrestre, Singapore 1997 - 1999• Ministro del Transporte Público, España 1997 - 2000• Dirección Nacional de Vialidad, Uruguay 2000 – 2002• Ministro de Transporte, Iran 2005 – 2009

•Sistema basado en WEB•Gestión de Infraestructura y Mantenimiento del Sistema (IMMS) 2001 –

Versiones de Danbro (hecho a la medida) implementadas en:China (Guangdong, 1994), Indonesia, Tailandia, Laos, Arabia Saudita, Irlanda, Croacia,Alemania (Hamburgo), México, Colombia, Honduras, Peru, Zambia, Kenya, Lebanon

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TMS integrado en el sistema de monitoreo SCADA

Monitoreo de tráfico diariogarantizando la seguridad deltráfico 24 horas todo el año

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Operación y Mantenimiento planificadasistemática de Túneles: PIARC

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Frecuencia de Planeación de Actividades deOperación y Mantenimiento - Experiencia

• Limpiado y lavado mensual o bimestral del Túnel (6 – 12veces por año ~ aspecto de Seguridad, Túnel urbano)

• Operación trimestral ordinaria y las actividades demantenimiento rutinario incluida la Inspección Rutinariade todos los componentes principales

• Inspección Principal de todas las estructuras ycomponentes de M&E al cabo de 5 años o menos

• Inspección Especial cuando sea necesaria

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Reparación Menor de Estructuras e Instalaciones:Experiencia

• Reparación menor y obras deRehabilitación:

– Proyecto planeado y limitado conuna duración de unas pocassemanas normalmente

– Presupestos de 0.1 a 0.5 millonesde Euros (a definir en cada caso)

– Obras iniciadas en un poco tiempodespués de la inauguración (comosopresa para muchos)

– Obras típicas:• Pavimento• Juntas (corrosión, inyección, goma

de defecto)• Paredes y techos (infiltración de

agua, obras de inyección)• Edificio/construcción (techo), UPS,

baterías• SOS cabinas y su equipo etc.• Bombas, drenaje, los suministros de

agua etc.

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Reparación Menor – Obras de Inyección en TúnelesExperiencia - Ejemplo

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Reparación Mayor de Estructuras e Instalaciones:Experiencia

• Reparación mayor de estructuras:– Preveé obras para ser planeado y

optimizado (datos de inspección)– Presupuestos: 5 – 20 % de los costos

de construcción– Más probable que aparezca

después de 20 – 25 años enfuncionamiento

• Reparación mayor / reemplazo deobras M & E (Instalaciones):

– Obras previstas para serplanificadas y optimizadas (datosde inspección)

– Inicia 5 – 10 años después de lainauguración

– Llevar a cabo óptimomantenimiento preventivo puedeaplazar reemplazos hasta 20 – 25años de uso

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Reparaciónes Mayores de Estructuras y Instalaciónes:Experiencia - Ejemplo• Túnel imerso, 2 tubos, 3 carriles cada uno• Inaugurado en 1969 – Aalborg, Dinamarca• Longitud 945 m, AADT ~70.000 vehiculos/día• Rehabilitada 1992–2001 (después ~ 25 años)• Postensado de la estructura del túnel• Reemplazo/rehabilitación de su M&E + ITS• Los costos de reparación: 30 millones de

Euros (indices de precios1997) ~ 20 % de loscostos de construcción de un túnel nuevo

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Estrategias de Reparación: Optimización EconómicaParte de informes técnicos de Inspección Especial

1. Hacer una reparación muy profunda del túnel a condición "tanbueno como nuevo"

2. Hacer algunas reparaciones superficiales ahora con el fin deaplazar el tiempo para la reparación mayor/ reemplazo

3. No hacer nada ahora, esperar hasta que el túnel ya no esté seguropara su uso, y luego para reemplazar con una estructura nueva

Optimización de los fondos se realiza mediante el uso de:

" EL MÈTODO DE VALOR ACTUAL NETO (NPV Method)"para cada estrategia y luego comparar los resultados (uso del PC paralos cálculos: módulo de optimización)

La estrategia con el menor valor presente neto es la estrategia óptima económica

Presupuesto limitado: posponer las obras un año que es más barato para lasociedad a posponer (aumento de la NPV es menor comparando las estrategias anivel de la red federal) 21

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• Costos de reparación yusuario, I

• Estrategias de reparación(máx. 3)

• La vida útil de los elementosestructurales

• Horizonte de tiempo (máximo25 años)

• El valor residual• Tiempo para la reparación, n• El valor de descuento, r (7%)

I Irn n( )1

Los parámetros en el Método de Valor Presente Neto

El valor actual es lacantidad de dinero quedebe ser depositado en elBanco hoy para cubrir uncosto que será exigible enel momento de lareparación se lleva a cabo

Costos directos e indirectos utilizados en elproceso de optimización

• Los costos de reparación (costos directos) incluyendo los costos para lacontratista, ingenieros consultores, clientes y los costos adicionales conel tiempo

• Los costos de los usuarios y los costos adicionales relacionados con lasociedad (costos indirectos), por ejemplo, como demoras en el tránsito,el uso insuficiente de la construcción etc.

• Los costos de operación y mantenimiento (costos directos) que tienenuna influencia significativa en la elección de la estrategia dereparación

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Hoja de estrategia

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Costo de distribución basado en la experienciaCostos de la Vida Útil (Life Cycle Costs, LCC)• Costos normales de O&M por año como

porcentaje de los costos de construcción:– 0.8 – 1.0 % (1 – 10/15 años)– 1.0 – 1.5 % (10/15 – 25 años)– 1.5 – 2.0 o más después del 25 – 30 años

• Distribución de los costos en los grupos :– Energía y Suministro de Energía Eléctrica (25 %)– Limpieza y lavado del Túnel (15 %)– Los operadores, consultores, personal 24 horas,

la tripulación de emergencia (10 %)– Obras de mantenimiento preventivo (45 %)– Mantenimiento correctivo y el impacto de los

accidentes e incidentes (5 %)

• + Los costos adicionales para la reparaciónmenor de estructuras y obras de M&E

• + Los costos para reparación mayor /rehabilitación / reemplazo de las estructurasy M&E

• Algunas ejemplos de los costostotales de O&M:

• Costos para el Dueño durante100 años como vida útil dediseño para un túnel urbano:

• 1.0 – 1.5 de los costos deconstruccíon (Valor Presente Neto)

• Costos para el Dueño durante125 años como vida útil dediseño para un túnel urbano:

• 1.5 – 2.0 de los costos deconstruccíon (Valor Presente Neto

• Experiencia de estudio de EU (COST345) 2000 – 2004 verificar estas cifras

• La curva de PIARC verificar tambíenestas cifras

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Comparación de costos para Tuneles/Puentes:Experiencia• Los costos esperados de todo la vide útil

para túneles demuestran que:

1. Para la Operación y Mantenimiento:

2 – 5 veces los costos de los puentesdebido más instalaciones de M&Eprincipalmente en las mismas condiciones(Valor Presente Neto)

2. Para las obras menores y mayores dereparacíon, se muestra ser el mismo niveldurante toda la vida útil en las mismascondiciones (Valor Presente Neto)

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Consideraciones de la vida útil de estructurasExperiencia – después una reparación - ejemplo

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Consideraciones de la vida útil de instalacionesExperiencia – después una reparación - ejemplo

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Consideraciones generales de vida útil – BD 78/99Ejemplos

• Ventilación: Ventiladores de chorro 18 años

• Drenaje: Bombas 15 años

• Para combatir el fuego:– Tomas de agua 28 años (Hydrants)– Sistemas de rociadores 20 años (sprinklers)

• Equipo eléctrico:– Switchgear 20 años– Generadores de diesel 20 años– UPS y las batterías 15 años– Iluminación 20 años– PC y los sistemas de PLC 15 años

• CCTV:– Cámeras 15 años– Monitores 10 años– Equipos de control 20 años

• Sistemas para monitorar y controlar eltráfico (signos y las señales) 10 – 15 años

• Sistemas de comunicación 15– 20 años

• Los paneles del túnel (hechode acero inoxidable) 35 años

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Parámetros que pueden tener impactos de la vida útilEjemplos

Es la experiencia que algunas factores pueden tenerinfluencia en la consideración de la vida útil y costospara O&M: pero no necesariamente (la necesidad essiempre la misma sin o con presupuesto).

• El volumen del tránsito y su composicíon• El volumen de transportes pesados (% HGV)• El túnel está ubicado como urbano / rural• El túnel está al fondo del mar o ensima del terreno• El medio ambiente y su agresividad

– El clima, humidad, temperatura etc.– Usando sal durante el envierno

• La estrategia del dueño de O&M• Tipo del túnel (C&C, IMT, D&B, NATM, SCL)

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Recomendaciones para el presupuesto - Experiencia

• Presupuestos a corto plazo: 1 año y 5/10 años (se ajusta cada año basado en laexperiencia durante el año fiscal en cuestión)

• Presupuesto a largo plazo: 25 años (máximo 25 años debido la inseguridad de losparámetros y datos, vale y no vale)

• Reparaciones mayores para ser optimizado desde el establecimiento deestrategias de reparación y el uso del Método de Cálculo de Valor Actual Neto

• Es beneficio económico para llevar a cabo el mantenimiento preventivo en lugarde reparar o reemplazar los componentes = Esto require información puesta aldía sobre los recursos necesarios, las condiciones reales etc. 31

Conclusiones de Experiencia• Implementación de una bien organizada, sistemática y planificada sistema para

operación y mantenimiento se asegurará de:– Costo-efectividad en todos las actividades de O&M por optimización de las obras

preventivas y reducción de la cantidad de obras correctivo a un minimo– Optimizar la vida útil esperada para estructuras y instalaciones minimizando costos de

reparación– Minimizar el impacto, influencia y cualquier peturbación en el flujo de tráfico normal

durante O&M– Aspectos de seguridad para usuarios de carretera son atendidos de la manera más

óptima reduciendo accidentes

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Operation and Management of Road Tunnels, PIARC 2005

Final de la presentación

Gracias por su atención

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