Ayuda para la Estimación Preliminar de Costos de Puentes y Túneles para un Estudio de Carretera a Nivel de Perfil

COSTO DE PUENTES

En la Referencia 1 se presenta un estudio del costo de un puente, en función del tipo de puente, de la luz principal, de la longitud total del puente, y de la zona geográfica, todo, a costo de dólares del 2013; todo ello, basado en estadística de decenas de puentes en todo el mundo. Por tanto, aquí se presenta un resumen de la mencionada referencia.

El estudio asume una función de costo exponencial de la forma: Cost = Ae^B.Lmax, donde A y B son constantes, y Lmax es el tramo de más luz del puente, en metros. Los diferentes tipos de puentes tendrán diferentes valores para A (el coeficiente base) y B (el coeficiente de exponente).

Los tramos de aproximación se trataron como parte de la longitud total del puente, a menos que se pudiera encontrar un costo para la estructura solo del puente principal (es lo deseable); o bien, se eliminaron de la estadística, si los tramos de aproximación eran excesivamente largos (cualquier longitud total mayor que aproximadamente 5 veces la luz principal, se excluyeron, a menos que el puente consistiera en varios tramos de luces similares). El pavimento y la vía férrea se ignoraron (el costo generalmente es inferior a $ 1000 por carril-metro, y por lo tanto una pequeña proporción del costo total del puente).

Por lo general, los valores atípicos no se eliminaron, ya que se consideró que la posibilidad de costos disparados, debería reflejarse en la función de costos. Sin embargo, en casos extremos, se concluyó que los datos de costos no eran confiables, y los datos se excluyeron o se encontró una fuente más confiable.

Para la corrección por inflación, se usó el siguiente gráfico, cuya justificación se puede analizar en la Ref.1. Este gráfico tiene datos para construcción en general, para edificaciones y puentes y datos del Cuerpo de Ingenieros de EEUU (Civil Works Construction Cost Index, CWCCI) (http://www.publications.usace.army.mil/Portals/76/Publications/EngineerManuals/EM_1110-2-1304.pdf). También tiene datos del Índice de Precios al Consumidor (CPI), aunque no es aplicable para construcción.

Los tipos de puentes con su luz óptima en pies, según Portland-Milwaukie Light Rail Project, son los que se muestra en el siguiente gráfico:

La bondad de la correlación (R2), varia de 17.3% a 42.2%, según el tipo de puente (ver Ref.1). En la siguiente tabla se presenta los coeficientes “A” y “B” obtenido por correlación, así como estos mismos valores, modificados y redondeados hacia arriba, y las correlaciones de cada grupo de data:

A continuación se muestra la función resultante, para los diferentes tipos de puentes, y en escala logarítmica, para que se pueda notar las tendencias, para las luces más cortas.

Algunos tipos de puentes, en particular los puentes atirantados y los puentes colgantes, deben extenderse una cierta distancia más allá del tramo principal debido a la geometría de su diseño. Para los puentes atirantados, estos “tramos laterales” representan aproximadamente el 40% a 50% del tramo principal; para puentes colgantes, generalmente son del 20% al 25% del tramo principal, pero pueden ser tan poco como el 0% (generalmente para puentes muy cortos) o hasta un 50% (ver siguiente figura). Los puentes de arco tablero-superior, también suelen extenderse más allá del tramo principal, aunque la cantidad es altamente dependiente de la topografía.

No se encontraron datos que comparen puentes peatonales con puentes de carreteras, pero las cargas vivas son generalmente muy pequeñas en comparación con las cargas muertas. En ausencia de cualquier tipo de información, una estimación razonable podría ser aplicar un factor de 0.5 (en referencia a un peatón / carril bici compartido de dos vías), o 0.25 por carril de peatones o ciclistas de una vía.

La consultora británica, EC Harris, sugirió que los puentes cortos que consistían de solo unos pocos tramos eran significativamente más caros que los puentes de numerosos tramos. Esto se debe al hecho de que, para puentes cortos, los costos de diseño e ingeniería se convierten en una parte sustancial del costo total del puente. Por tanto, para los puentes del tipo de «luz corta», sugiere los siguientes multiplicadores:

EC Harris también sugiere en un reporte del 2012, los siguientes multiplicadores regionales, tomando la Gran Bretaña, como base 1.0:

Suiza 1.6, Escandinavia 1.4, Australia 1.35, Japón 1.3, Canadá 1.15, Europa occidental (típico) 1.1, EUA 1.0, Rusia 0.85, Corea del Sur 0.8, Europa oriental 0.65 (típico), China 0.50, India 0.25.

Para la comparación de puentes de 4 carriles, se usará las siguientes ecuaciones para definir los costos, a la fecha (2023), en donde se tiene en cuenta gastos generales-supervisión-ingeniería:

A continuación, se presenta el cálculo en Excel, para puentes de diferentes longitudes, para el puente más económico para cada longitud. Se considera un multiplicador regional de 1.

Tipos de Puentes analizados

COSTO DE TÚNELES

En la Ref.2 se presenta un estudio del costo de un túnel, en función del RMR, del m3 de excavación, en Europa, a costo de Euros del 1989. El Informe se ha centrado exclusivamente en la estimación de costes de la obra civil de los túneles, sin considerar otras partidas como los emboquilles, galerías de conexión e instalaciones.

Las fórmulas se han obtenido mediante la técnica de regresión múltiple y el ábaco mediante una regresión no lineal, obteniendo en todos los casos unos coeficientes de correlación cercanos a 0,90 (R2). De esta forma se puede obtener de una forma muy precisa (al considerar implícitamente la sección transversal) una curva de ajuste que vincule el coste total por metro cúbico con el índice geomecánico RMR, según se muestra en el siguiente gráfico:

La curva superior se corresponde con el caso de terrenos expansivos, y se recomienda considerarla con reservas, al disponerse de pocos datos para su ajuste. En el siguiente gráfico se presenta el coste total y los costes descompuestos (€/m³), en excavación, sostenimiento y revestimiento (más resto de obras civiles).

Por razones de espacio no se incluye, pero conviene señalar que la variable longitud de túnel (L), se puede despreciar de las fórmulas analíticas, dependiendo éstas únicamente de las variables sección (S) y RMR. El siguiente gráfico muestra el costo total de la obra civil, con los rangos de confianza al 95%. El cálculo en Excel se basa en este gráfico.

El cálculo en Excel asume una carretera de 2 carriles de 10m de ancho, por lo que se considera un diámetro de D=10m. Para corregir por inflación, de 1989 al 2013, usamos el gráfico de la primera figura de este Artículo (tomado de la Ref.1), que da un factor de 2. El tipo de cambio en el 2013, fue en promedio: $ 1.30/Euro. Es decir, el factor se convertiría en 2.60. Finalmente tenemos del cálculo en Excel:

REFERENCIAS

1. http://hotrails.net/2014/09/an-empirical-rough-order-of-magnitude-cost-function-for-bridge-structures/
2. https://www.researchgate.net/publication/
   324922674_Prediccion_del_coste_de_la_obra_civil_de_un_tunel_ejecutado
   _por_metodos_convencionales