PROTOTIPO DE MODELO CLIMÁTICO (INTEGRATED CLIMATE …
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FACULTAD DE INGENIERÍA Y COMPUTACIÓN
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
PROTOTIPO DE MODELO CLIMÁTICO
(INTEGRATED CLIMATE MODEL-MEPDG
AASHTO 2008) PARA EL DISEÑO DE
PAVIMENTOS FLEXIBLES EN LA CIUDAD DE
AREQUIPA
Autor: BRUNO FABRIZIO NOGUERA YAURI
Asesor: Mg. Gerhard Paúl Rodríguez Guillén
Trabajo de Investigación presentada a la Escuela Profesional de
Ingeniería Civil como parte de los requisitos para optar el grado académico de Bachiller en
Ingeniería Civil.
AREQUIPA – PERÚ
2020
ii
Dedicatoria
A mis padres Percy y Amparo por haberme apoyado incondicionalmente durante estos años
de estudio de la carrera profesional de ingeniería civil, siendo mi cimiento para la construcción de
mi persona, además de siempre estar motivándome para que pueda realizar todas las metas
trazadas, dándome su cariño, sacrificio y comprensión.
A mi hermano Gabriel por siempre creer en mí y siempre motivarme a dar lo mejor de mí,
para poder realizar todo lo que me proponga.
iii
Agradecimiento
Agradezco principalmente a mi asesor Ing. Paúl Rodríguez por la orientación brindada por
su parte, dándome el tiempo necesario y requerido para la elaboración de este trabajo de
investigación.
Agradezco a mis formadores durante los años cursados, por todo el conocimiento
aprendido de ellos, la orientación, dedicación para la aprehensión de sus enseñanzas.
Agradezco a la Universidad Católica San Pablo por la formación integra como persona y
profesional, por todo lo brindado para que el aprendizaje sea de la mejor manera.
iv
Resumen
La presente Tesina de Investigación tiene como objeto la realización de un prototipo de
modelo climático para el diseño de pavimentos flexibles en la ciudad de Arequipa, considerando
lo propuesto por la guía MEPDG AASHTO 2008. Para poder realizar el prototipo se requiere de
un archivo climático ICM propio de la ciudad, por lo que se realizó su creación, con extensión
.icm para que se pueda utilizar en el software correspondiente al diseño MEPDG. La recopilación
de la data se obtuvo de estaciones meteorológicas que se encuentran en la ciudad de Arequipa,
para las cuales se siguió un proceso de adaptación minucioso para la conformación del modelo
climático requerido, tanto en periodo, frecuencia de toma de datos, información requerida,
culminando de esta manera la creación del Archivo Climático “Arequipa-PE.icm”.
Se realizó un ejemplo aplicativo del diseño de pavimento flexible con incorporación de
modelo climático en el proyecto: “Mejoramiento del servicio de transitabilidad vehicular y
peatonal en el AA. HH. Virgen de Chapi – Sector I, Distrito de Cerro Colorado – Arequipa –
Arequipa – Avenida Principal”; donde se importaron datos de entrada (Archivo climático
Arequipa-PE.icm, estudio de tránsito, diseño estructura de pavimento) para poder ejecutar el
programa de diseño, y así obtener los valores de desempeño del pavimento diseñado para el
proyecto.
Finalmente se verifico el prototipo de modelo climático inhabilitando uno a uno la
influencia de los parámetros climáticos contenidos en el archivo importado en el software de
diseño MEPDG.
PALABRAS CLAVE: MEPDG AASHTO 2008; Archivo climático ICM; pavimento
flexible; parámetros climáticos.
v
Abstract
The purpose of this Research Thesis is to carry out a prototype climate model for the design
of flexible pavements in the city of Arequipa, considering what is proposed by the MEPDG
AASHTO 2008 guide. In order to carry out the prototype, an ICM climate file is required. typical
of the city, so its creation was made, with an .icm extension so that it can be used in the software
corresponding to the MEPDG design. The data collection was obtained from meteorological
stations located in the city of Arequipa, for which a meticulous adaptation process was followed
for the conformation of the required climate model, both in period, frequency of data collection,
required information, culminating in this way the creation of the Climate Archive "Arequipa-
PE.icm".
An application example of flexible pavement design was carried out with the incorporation
of a climate model in the project: “Improvement of the vehicular and pedestrian traffic service in
the Virgen de Chapi Human Settlement - Sector I, Cerro Colorado District - Arequipa - Arequipa
- Main Avenue”; where input data (Arequipa-PE.icm climate file, traffic study, pavement structure
design) were imported in order to execute the design program, and thus obtain the performance
values of the pavement designed for the project.
Finally, the prototype of the climate model was verified, disabling one by one the influence
of the climatic parameters contained in the imported file in the MEPDG design software
KEYWORDS: MEPDG AASHTO 2008, Climate Model ICM, flexible pavement, weather
parameters.
vi
Tabla de Contenidos
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN. .................................................................................................. 1
1.1. Antecedentes. .................................................................................................................. 2
1.2. Problemática. .................................................................................................................. 4
1.3. Justificación. ................................................................................................................... 5
1.4. Hipótesis y variables de investigación. ........................................................................... 6
1.4.1. Hipótesis. ...................................................................................................................... 6
1.4.2. Variables de investigación. ........................................................................................... 6
1.4.3. Tipo de investigación. ................................................................................................... 7
1.5. Objetivos. ........................................................................................................................ 8
1.5.1 Objetivo general. ......................................................................................................... 8
1.5.2 Objetivos específicos. ................................................................................................. 8
1.6 Metodología. ................................................................................................................... 8
CAPÍTULO II BASES TEÓRICAS. ............................................................................................ 11
2.1 Pavimento. .......................................................................................................................... 11
2.1.1 Características que debe reunir un pavimento. ............................................................ 12
2.1.2. Pavimentos flexibles. .............................................................................................. 13
2.2. Subrasante .......................................................................................................................... 14
2.3. Clima. ................................................................................................................................. 14
2.4. Topografía. ......................................................................................................................... 15
2.4.1. Planimetría. ................................................................................................................. 15
2.4.2. Altimetría. ................................................................................................................... 15
vii
2.5. Ensayos de laboratorio geotécnicos. .................................................................................. 16
2.6. Guía de diseño Mecanístico-Empírico de pavimentos (MEPDG AASHTO 2008). .......... 16
2.6.1. Diseño MEPDG AASHTO 2008. ............................................................................... 17
2.6.2. Niveles de entrada en parámetros de diseño. .............................................................. 18
2.6.3. Predicción de deterioro. .............................................................................................. 20
CAPÍTULO III ESTADO DEL ARTE. ........................................................................................ 21
3.1. Pavimentos en Perú ....................................................................................................... 22
3.2. Uso del MEPDG en otros países. .................................................................................. 24
CAPÍTULO IV ARCHIVO CLIMÁTICO AREQUIPA-PE.ICM ............................................... 27
4.1. Requerimientos de la guía MEPDG AASHTO 2008 para la creación del Archivo
Climático en la ciudad de Arequipa. ......................................................................................... 29
4.2. Disponibilidad y limitaciones de datos climáticos en la ciudad de Arequipa............... 30
4.3. Interpretación de datos disponibles en Arequipa. ......................................................... 34
4.4. Análisis de información climática en Arequipa. ........................................................... 42
4.4.1. Análisis de radiación solar en Arequipa. .................................................................... 42
4.4.2. Análisis de Salida y puesta de sol en Arequipa. ......................................................... 43
4.4.3. Análisis humedad relativa en Arequipa. ..................................................................... 44
4.4.4. Análisis porcentaje de nubosidad en Arequipa. .......................................................... 45
4.4.5. Análisis temperatura en Arequipa. .............................................................................. 46
4.4.6. Análisis velocidad del viento en Arequipa. ................................................................ 48
4.5. Estructuración de los datos climáticos para la creación del Archivo climático de la
ciudad de Arequipa. .................................................................................................................. 49
4.5.1. Periodo de información ......................................................................................... 50
viii
4.5.2. Datos promedios anuales ...................................................................................... 51
4.5.3. Datos diarios ......................................................................................................... 52
4.5.4. Datos horarios ....................................................................................................... 54
4.5.5. Archivo climático Arequipa-PE.icm. .................................................................... 55
CAPÍTULO V PROTOTIPO DE MODELO CLIMÁTICO (ICM-MEPDG) PARA DISEÑO DE
PAVIMENTOS FLEXIBLES ....................................................................................................... 59
5.1. Prototipo de modelo climático para pavimento flexible ............................................... 59
5.1.1. Datos de entrada .......................................................................................................... 59
5.1.2. Análisis Preliminar...................................................................................................... 65
5.1.2. Resultados ................................................................................................................... 69
5.2. Verificación del prototipo de modelo climático. .......................................................... 69
5.3. Discusión....................................................................................................................... 73
CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 75
RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 77
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................................... 79
ANEXO 01.................................................................................................................................... 85
ANEXO 02.................................................................................................................................... 87
ANEXO 03.................................................................................................................................... 91
ANEXO 04.................................................................................................................................... 93
ANEXO 05.................................................................................................................................... 97
ix
Lista de tablas
Tabla 1.1. Cuadro de variables independientes y dependientes de la investigación. ...................... 7
Tabla 3.1. Referencias bibliográficas a nivel nacional ................................................................. 23
Tabla 3.2. Referencias bibliográficas a nivel internacional .......................................................... 25
Tabla 4.1. Parámetros meteorológicos requeridos por la guía MEPDG AASHTO 2008 ............. 30
Tabla 4.2. Observaciones diarias de la estación SPQU ................................................................ 32
Tabla 4.3. Obtención de valores de los parámetros climáticos para Archivo Climático .............. 34
Tabla 4.4. Datos recolectados de Informe METAR ..................................................................... 37
Tabla 4.5. Conversión de datos almacenados de informe METAR para requerimiento de la guía
MEPDG......................................................................................................................................... 38
Tabla 4.6. Conversión data de radiación solar .............................................................................. 41
Tabla 4.7. Periodo de información en el archivo Arequipa-PE.icm ............................................. 51
Tabla 4.8. Datos promedios anuales en el archivo Arequipa-PE.icm ........................................... 52
Tabla 4.9. Datos diarios en el archivo Arequipa-PE.icm correspondientes al día 25/08/2019 ..... 53
Tabla 4.10. Datos horarios en el archivo Arequipa-PE.icm correspondientes al día 25/08/2019
toma de datos a las 02:00 hora local ............................................................................................. 55
Tabla 5.1. Datos generales – Proyecto .......................................................................................... 60
Tabla 5.2. Parámetros de análisis - Proyecto ................................................................................ 62
Tabla 5.3. Datos generales de tráfico - Proyecto .......................................................................... 63
Tabla 5.4. Distribución de vehículos - Proyecto ........................................................................... 63
Tabla 5.5. Distribución horaria de vehículos - Proyecto .............................................................. 64
Tabla 5.6. Propiedades de los materiales - Proyecto .................................................................... 65
x
Tabla 5.7. Resultados preliminares de desempeño- Proyecto ....................................................... 66
Tabla 5.8. Propiedades del pavimento restructuradas- Proyecto .................................................. 67
Tabla 5.9. Resultados preliminares de desempeño- Proyecto ....................................................... 68
Tabla 5.10. Capas estructurales - Proyecto ................................................................................... 69
Tabla 5.11. Influencia de los parámetros climáticos en el Proyecto ............................................. 70
xi
Lista de figuras
Figura 1. Estructura de metodología de la investigación. Fuente: Elaboración Propia. ............... 10
Figura 2. Estructura de pavimento. Fuente: Adaptado de MTC(2014). ....................................... 11
Figura 3. Etapas de diseño del software MEPDG. Fuente: AASHTO (2008) .............................. 18
Figura 4. Puntos para elaboración de Archivo Climático con extensión .icm para la ciudad de
Arequipa. Fuente: Elaboración propia .......................................................................................... 28
Figura 5. Data obtenida de humedad relativa. Fuente: https://www.woespana.es/ ...................... 33
Figura 6. Procedimiento para la interpretación de informes METAR. Fuente: Elaboración propia
....................................................................................................................................................... 35
Figura 7. Índice máximo UV-B del mes de diciembre del año 2019. Fuente: SENAMHI –
Arequipa. ....................................................................................................................................... 39
Figura 8. Gráfica radiación solar en la ciudad de Arequipa. Fuente: Elaboración propia. ........... 42
Figura 9. Gráfica salida y puesta de sol en la ciudad de Arequipa (Hora decimal). Fuente:
Elaboración propia. ....................................................................................................................... 43
Figura 10. Gráfica humedad relativa media en la ciudad de Arequipa. Fuente: Elaboración
propia. ........................................................................................................................................... 44
Figura 11. Gráfica porcentaje de nubosidad en la ciudad de Arequipa. Fuente: Elaboración
propia. ........................................................................................................................................... 46
Figura 12. Gráfica Temperatura promedio mensual en la ciudad de Arequipa. Fuente:
Elaboración propia. ....................................................................................................................... 47
Figura 13. Gráfica Velocidad del viento en la ciudad de Arequipa. Fuente: Elaboración propia. 48
xii
Figura 14. Estructuración general para Archivos climáticos con extensión .icm. Fuente:
Elaboración propia. ....................................................................................................................... 50
Figura 15. Parámetros anuales para Archivos climáticos con extensión .icm. Fuente: Elaboración
propia. ........................................................................................................................................... 51
Figura 16. Parámetros diarios para Archivos climáticos con extensión .icm. Fuente: Elaboración
propia. ........................................................................................................................................... 53
Figura 17. Parámetros horarios para Archivos climáticos con extensión .icm. Fuente: Elaboración
propia. ........................................................................................................................................... 54
Figura 18. Archivo Arequipa-PE ordenado en Microsoft Excel y guardado en formato TXT.
Fuente: Elaboración propia. .......................................................................................................... 56
Figura 19. Estructuración Archivo Arequipa-PE en formato TXT. Fuente: Elaboración propia. 57
Figura 20. Creación Archivo climático Arequipa-PE.icm. Fuente: Elaboración propia. ............. 58
Figura 21. Delimitación AA.HH. Virgen de Chapi – Sector I. Fuente: Imagen tomada de Google
Earth. ............................................................................................................................................. 61
Figura 22. Página principal de OGIMET. Fuente: https://www.ogimet.com/ .............................. 87
Figura 23. Menú de búsqueda de información METAR. Fuente: https://www.ogimet.com/ ....... 89
Figura 24. Ingreso de información para la búsqueda de la data que se quiere obtener. Fuente:
https://www.ogimet.com/ .............................................................................................................. 89
Figura 25. Data obtenida en formato METAR. Fuente: https://www.ogimet.com/ ..................... 90
xiii
Lista de siglas y acrónimos
AA.HH. = Asentamiento Humano
AADT = Avarage Annual Daily Traffic (Tránsito Promedio Diario Anual)
AADTT = Avarage Annual Daily TruckTraffic (Tránsito Promedio Diario Annual de Camiones)
AASHTO = American Association of State Highway and Transportation Officials (Asociación
Americana de Oficiales de Carreteras y Transporte del Estado)
ADT = Avarage Daily Traffic (Tránsito Promedio Diario)
CORPAC = Corporación Peruana de Aeropuertos y Aviación Comercial.
ESAL = Equivalent Single Axle-Load (Carga por Eje Simple Equivalente)
FHWA = Federal Highway Administration
HMA = Hot Mix Asphalt (Mezcla Asfáltica en caliente)
ICAO = International Civil Aviation Organization.
ICM = Integrated Climate Model (Modelo Climático Integrado)
IRI = International Roughness Index (Indice Internacional de Rugosidad)
MEPDG = Mechanistic-Empirical Pavement Desing Guide (Guia de Diseño Mecanistico-
Empirico de Pavimento)
METAR = Meteorological Aerodrome Report (Informe meteorológico aeronáutico de rutina)
NCHRP = National Cooperative Highway Research Program.
SENAMHI = Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú.
1
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN.
Los diseños de pavimentos son la parte esencial en cualquier tipo de proyecto vial,
no solo por el hecho de que estos se vean relacionados con su funcionalidad y la seguridad
de los usuarios, sino también por el costo que demanda la ejecución de este tipo de
proyectos. A medida que va pasando el tiempo aparecen nuevos materiales, métodos
constructivos, nuevas variables a considerar en el diseño, las mismas que hacen necesaria
el desarrollo de nuevos métodos innovadores para el diseño del pavimento.
En la actualidad los métodos utilizados en nuestra ciudad para el diseño de
pavimentos consideran sólo una pequeña parte de los parámetros que afectan de manera
directa al pavimento durante su vida útil, limitando de esta manera el diseño.
Por ello es necesario explorar metodologías innovadoras, nuevas para el diseño de
pavimentos, los cuales deben brindar mayor confiabilidad, como es La Guía Mecánica-
Empírica de Diseño de Pavimentos (MEPDG) AASHTO 2008 que nos da como resultado
la evaluación del comportamiento del pavimento teniendo en cuenta las características de
los materiales, estudio de tránsito y las condiciones ambientales que afectan de manera
directa al pavimento; permitiendo al usuario poder predecir la evolución del pavimento
durante su vida útil, lo cual nos ayudará a poder detectar y evitar fallas inesperadas en la
estructura del mismo, además de proponer acciones para poder mitigar dichas fallas y
extender la vida de diseño de pavimento, optimizando de esta manera recursos.
Los parámetros climatológicos como precipitaciones, nubosidad, temperatura,
humedad, viento, entre otros influyen de manera directa al desempeño de los pavimentos;
2
es por ello que la presente tesina tiene como objeto la adaptación de un modelo climático
base (Archivo climático digital) para la ciudad de Arequipa, la cual es necesaria para poder
aplicar La Guía Mecánica-Empírica de Diseño de Pavimentos (MEPDG) AASHTO 2008
a nivel local, la cual proporcionará diseños de pavimentos que pueden ser calibrados,
ajustados, mejorados hacia las condiciones locales, optimizando de esta manera la
capacidad de predicción de los diferentes diseños de estructuras de pavimentos en la ciudad
de Arequipa.
1.1.Antecedentes.
Hasta la década de los 50s los ingenieros encargados del diseño de pavimentos, los
realizaban simplemente basándose en la experiencia adquirida durante su vida de
profesionales, lo que produjo que estos diseños no tengan ningún tipo de confiabilidad, ni
certeza de que este diseño sea el correcto y adecuado para las condiciones propias del
pavimento.
Por ello en el año de 1950 la American Association of State Highway Officials
(AASHO) empieza a realizar pruebas de campo en carreteras en Ottawa, Illinois. Mediante
el uso de regresiones, es que desarrollan ecuaciones, estas ecuaciones formuladas se
compilaron en la Guía AASHTO para el diseño de estructura de los pavimentos en el año
1993.
El método AASHTO 93, sería el método adoptado por la mayoría de los países en
el mundo, pero mediante el paso del tiempo, se vio que este diseño empírico no era del
todo confiable, pues no podía manejar los nuevos tráficos elevados que hay en la
3
actualidad. Esta falta de precisión en el diseño empírico conllevo al gasto de miles de
millones de dólares por año para la mejora de las redes de pavimentos en los diferentes
países.
Debido a la falta de precisión de los métodos empíricos realizados en aquellos años,
se vio la necesidad de realizar una nueva guía de diseño de pavimentos, la cual debería
contener conceptos mecanicistas. En base a esto la AASHTO, Federal Highway
Administration (FHWA) y el National Cooperative Highway Research Program (NCHRP)
patrocinaron un proyecto que consistiría en una nueva metodología de diseño, la cual debe
ser Mecanístico – Empírico el cual se denominó NCHRP 1-37A. El objetivo de este
proyecto era realizar una guía que sirviera para el diseño y rehabilitación de pavimentos
basada en un método Mecanístico – Empírico, obteniendo como resultado la Mechanistic
– Empirical Pavement Design Guide (MEPDG).
En el año 2004, la MEPDG fue completada, posteriormente fue mostrada al público
para que esta se vea revisada y evaluada. Para esta evaluación se realizó otro proyecto
denominado NCHRP 1-40A, mediante este proyecto se obtuvo diversidad de mejoras, de
las cuales la gran mayoría se añadieron a la guía MEPDG. Posterior a la actualización del
manual de diseño, se realizó la primera versión del software MEPDG.
Para poder alcanzar diseños con mayor precisión se creó un modelo climático ICM
(input climate model) para la MEPDG. En su concepción este modelo permitía predecir las
deformaciones verticales del pavimento mediante el paso del tiempo. Mediante diferentes
investigaciones, desarrollo del modelo en diferentes regiones, se mejoró de tal manera que
calculaba contenido de humedad de las capas correspondientes a la estructura del
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pavimento, determinando así daños por fatiga, fisuramiento térmico, deformaciones
permanentes.
El ICM requiere de diferentes parámetros climatológicos: temperatura,
precipitación, velocidad del viento, nubosidad, nivel freático; las cuales son necesarias para
poder implementarlas para las distintas regiones donde se quiera utilizar la guía MEPDG.
1.2.Problemática.
Las diferentes obras viales (carreteras) ejecutadas y rehabilitadas recientemente, se
ve que presentan deterioro prematuro, reduciendo la serviciabilidad de la estructura, los
cuales requieren de trabajos adicionales para poder corregir dichas falencias antes de lo
previsto en su diseño. Por ello, este estudio es necesario para la aplicación de metodologías
de diseño de pavimentos con precisiones y confiabilidades adecuadas, ante las diferentes
condiciones a las que se encuentra expuesto el pavimento, donde una de ellas es el clima
propio de la ciudad de Arequipa. Para utilizar la metodología innovadora de la guía
MEPDG AASHTO 2008, se requiere de un modelo climático para que este sea introducido
en el diseño del pavimento para el proyecto en evaluación.
La guía MEPDG AASHTO 2008 ofrece un diseño mecanístico – empírico para el
diseño de pavimentos; el cual tiene en consideración el volumen de tráfico local, espectros
de carga producidos por este, características mecánicas de la estructura y materiales que la
componen y parámetros meteorológicos locales (nubosidad, precipitaciones, velocidad de
viento, temperatura, humedad relativa), presentando un alto grado de precisión y
confiabilidad en su diseño.
5
Una de las limitaciones como es mencionado en la introducción del Manual de
carreteras es que en nuestro país no existe ninguna base de datos que contemple la
información meteorológica, la cual es necesaria para el diseño mediante la MEPDG.
Con el objeto de utilizar la guía MEPDG AASHTO 2008 en la ciudad de Arequipa
se recolectará información correspondiente a datos meteorológicos provenientes de las
estaciones que se encuentren en la ciudad. Identificando dos entidades a nivel nacional que
cuentan con estaciones meteorológicas (SENAMHI y CORPAC); esperando que estos
datos sean los suficientemente consistente para la realización de un archivo climático
digital local (ICM).
1.3.Justificación.
Mediante el tiempo va transcurriendo, la tecnología está en constante avance, es por
ello que la evolución en los diseños de pavimentos cada vez son gradualmente más precisos
y calibrados a nivel local para cada proyecto en particular, en nuestro país se sigue
realizando el diseño de pavimentos con métodos empíricos, por ejemplo, el método
AASHTO 93, el cual solo tiene como consideración los parámetros de cargas de tránsito y
características de subrasante, los cuales no cuentan con precisión adecuada ante la realidad
de los proyectos viales en la ciudad de Arequipa, por ello la adaptación de un método
mecanístico – empírico como es la guía MEPDG AASHTO 2008 es necesaria, pues esta
contempla un diseño con mayor eficiencia y precisión; del desarrollo de esta tesina de
investigación se obtendrá un prototipo preliminar de modelo climático de la ciudad de
Arequipa, además de la metodología para su adaptación.
6
Este método no es considerado a nivel nacional, por ello los resultados de la tesina
de investigación, motivaran al estudio y adaptación de esta metodología de diseño de
pavimentos (MEPDG AASHTO 2008), y en etapa posterior de ser posible a su
implementación a nivel nacional.
1.4.Hipótesis y variables de investigación.
1.4.1. Hipótesis.
Los datos meteorológicos disponibles en la ciudad de Arequipa son consistentes
para la realización de modelo climático (ICM – MEPDG AASHTO 2008) para diseño de
pavimento flexible en la ciudad de Arequipa.
1.4.2. Variables de investigación.
En la Tabla 1 se presentan las variables de la investigación distinguiéndolas de
independientes como dependientes:
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Tabla 1.1. Cuadro de variables independientes y dependientes de la investigación.
Variables Independientes Variables dependientes
Parámetros climáticos (porcentaje de día
claro, precipitación acumulada (mm),
velocidad de viento (mph), temperatura
(°F), radiación solar (𝐵𝑢𝑡
𝑓𝑡2∗𝑑í𝑎 ), nivel freático
(ft), humedad relativa (%), salida y puesta
de sol (hora decimal)).
Valores de desempeño.
Estructura del pavimento (espesores de
capas).
Fuente: Elaboración propia
1.4.3. Tipo de investigación.
La presente tesina de investigación bajo su propósito es del tipo aplicada, pues
busca una adaptación de la guía MEPDG AASHTO 2008, de carácter exploratorio, ya que
se recolecto datos correspondientes a parámetros climáticos para la elaboración del
prototipo de modelo climático propio de la ciudad de Arequipa.
El enfoque explorativo se da en la recopilación, y búsqueda de información sobre
esta metodología de diseño, y la implementación del mismo a diferentes naciones, regiones,
ciudades. Además de recopilación de datos necesarias para la aplicación de la MEPDG
AASHTO 2008.
8
1.5. Objetivos.
1.5.1 Objetivo general.
Adaptar un prototipo de modelo climático (ICM – MEPDG AASHTO 2008) para
diseño de pavimentos flexibles en la ciudad de Arequipa.
1.5.2 Objetivos específicos.
Determinar archivo climático de la ciudad de Arequipa.
Aplicar el modelo climático desarrollado a un proyecto propio de la ciudad de
Arequipa
1.6 Metodología.
Para la realización de la presente tesina de investigación, se tuvo en cuenta la
siguiente metodología:
Como punto de partida se consultó fuentes bibliográficas de temas generales como
son el diseño en pavimentos flexibles, el uso de la guía MEPDG AASHTO 2008,
para poder tener claro todos los conceptos relacionados a estos temas.
Posteriormente se realizó una visión general sobre el estudio que se iba a realizar,
se delimito el alcance que tendría la investigación, y así se obtuvo la hipótesis, de
la cual nace la realización de este trabajo.
9
Luego se procedió a hacer una revisión bibliográfica del estado del arte, para ver
hasta qué punto se había realizado investigaciones de este tipo en la ciudad de
Arequipa, además de determinar si era posible la creación de un prototipo de diseño
climático en la ciudad de Arequipa.
Se realizó la creación del Archivo climático propio de la ciudad de Arequipa, donde
se consideró:
Los requerimientos de la guía MEPDG AASHTO 2008 (datos necesarios,
frecuencia de toma, periodo)
Se verifico la disponibilidad de la data necesaria según los requerimientos
de la guía MEPDG AASHTO 2008.
Muchos de los datos no estaban dados en las unidades requeridas por la guía
MEPDG AASHTO 2008, por lo que se realizó la interpretación de los
mismos.
Luego se realizó la recopilación y análisis de los datos climáticos de la
ciudad.
Finalmente se estructuró archivo climático con los datos previamente
recopilados y analizados, para así terminar con la creación del archivo
climático con extensión .icm.
Se realizó el diseño de pavimento flexible con incorporación de modelo climático
para el proyecto: “Mejoramiento del servicio de transitabilidad vehicular y peatonal
en el AA. HH. Virgen de Chapi – Sector I, Distrito de Cerro Colorado – Arequipa
– Arequipa – Avenida Principal”; donde se importaron datos de entrada (Archivo
10
climático Arequipa-PE.icm, estudio de tránsito, diseño estructura de pavimento)
para poder ejecutar el programa de diseño, y así obtener los valores de desempeño
del pavimento diseñado para el proyecto.
Se verifico el prototipo de modelo climático inhabilitando uno a uno la influencia
de los parámetros climáticos contenidos en el archivo importado en el software de
diseño MEPDG.
Figura 1. Estructura de metodología de la investigación. Fuente: Elaboración Propia.
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CAPÍTULO II
BASES TEÓRICAS.
En el presente capítulo se revisarán conceptos fundamentales necesarios para
entender los factores que influyen en un pavimento, así como explicar la guía MEPDG
AASHTO 2008.
2.1 Pavimento.
Los pavimentos tienen como finalidad primordial ser funcionales, pues tienen que
brindar seguridad, confort y economía a los usuarios que transiten por la vía durante su
periodo de viaje.
Los pavimentos estarán conformados por capas que se encuentran superpuestas de
manera horizontal como se puede apreciar en la Figura 2. las cuales disiparan la energía
producto de las cargas del flujo de tránsito, como de los factores externos de la vía; por ello
estas capas deben ser diseñadas y construidas de manera técnica; contando con los
materiales adecuados, los cuales estarán compactados para cumplir su finalidad de
disipación de energía.
Figura 2. Estructura de pavimento. Fuente: Adaptado de MTC (2014).
12
2.1.1 Características que debe reunir un pavimento.
Según Montejo (2002) los pavimentos deben cumplir algunos requisitos en diseño,
ejecución, estructura, los cuales son:
Se debe considerar las cargas producidas por el tránsito en el diseño del mismo, y
el pavimento debe ser capaz de resistirla.
El pavimento deberá tener resistencia ante el intemperismo.
Se debe considerar en el diseño la velocidad de los vehículos, ante esto deberá
contar con una textura superficial la cual debe ser resistente al desgaste que pueda
producir el efecto abrasivo de las llantas de los vehículos que transiten por la
misma.
El pavimento tiene que contemplar regularidad superficial, de manera transversal
y longitudinal.
También debe de contar con condiciones adecuadas donde se contemple el
drenaje.
La estructuración del pavimento debe mitigar el ruido de rodadura, para que el
usuario tenga mayor confort.
La ejecución de los proyectos de vías debe ser económicos.
Los pavimentos deben estar conformados de tal manera que ante ellos se evite el
reflejo, deslumbramiento, ofreciendo así seguridad vial para los usuarios.
13
2.1.2. Pavimentos flexibles.
Los pavimentos flexibles son aquellos que cuentan con un revestimiento
conformado por una carpeta bituminosa, la cual estará superpuesta sobre dos capas (no
rígidas) que son la base y la subbase. Sin embargo, para ciertas obras que requieran de
necesidades particulares se podrá prescindir de alguna de ellas.
La subbase granular trabaja como una capa de transición la cual tiene como
finalidad impedir la mezcla del material de la base con la subrasante. Además, la subbase
permite disminuir las deformaciones que ocurren en la subrasante debido a las expansiones,
cambios bruscos de temperatura, las cuales absorberá, consiguiendo así que estas
deformaciones no afecten, ni se evidencien en la superficie de rodamiento; pues disipa esta
energía. También tiene como función drenar el agua que penetre a través de la carpeta, e
impedir la ascensión capilar.
La base granular es un elemento resistente que transmitirá aquellos esfuerzos
producidos por el flujo de tránsito hacia la subbase.
La carpeta bituminosa contará con una superficie de rodamiento, la cual tendrá que
soportar los efectos abrasivos del tránsito, debe ser uniforme y estable para brindar
seguridad, confort a los usuarios que transitarán por esta vía. Bajo el diseño deberá tener
resistencia a la tensión. Esta carpeta deberá ser impermeable hasta donde se pueda, pues se
debe impedir la penetración del agua hacia el interior del pavimento para que no afecte la
estructuración y resistencia de este.
14
2.2. Subrasante
La subrasante deberá ser evaluada, realizando el ensayo para determinar la
capacidad de soporte o resistencia a la deformación (CBR) dada por los esfuerzos cortantes
producidos por las cargas de impacto (tránsito), pues depende de este parámetro de
evaluación el espesor del pavimento ya sea rígido o flexible. Se debe considerar, además
si es que la subrasante presenta variaciones de volumen (hinchamiento, retracción), pues
estas pueden derivar en daños de consideración en la estructura del pavimento; por ello,
cuando se tenga suelos que, si presenten estas variaciones, se proseguirá a tomar las
previsiones del caso, como puede ser la impermeabilización del suelo, o la estabilización
del suelo, mediante el uso de aditivos; en nuestro medio normalmente se estabiliza con cal.
2.3. Clima.
El clima es un factor importante, y que afecta de manera negativa al
comportamiento de la estructura del pavimento, los factores que más afectan al pavimento
son las lluvias, y los cambios de temperatura.
Las lluvias intervienen directamente, pues estas influyen en el nivel freático,
aumentándolo, lo cual influye en la subrasante, pues afecta a los cambios volumétricos de
esta, su resistencia y su compresibilidad. Además, de perjudicar directamente a la
estructura del pavimento ya ejecutado, las lluvias, también afectan a ciertas actividades del
proceso constructivo del pavimento, como pueden ser los movimientos de tierra.
Los cambios de temperatura por otro lado, generan en los pavimentos rígidos que
los esfuerzos sean más considerables, mientras que, en los pavimentos flexibles, esto puede
15
afectar al módulo de elasticidad de las capas bituminosas, ocasionando agrietamientos y
deformaciones.
2.4. Topografía.
Los datos topográficos necesarios para la realización del diseño de una carretera
consisten en la toma de datos en campo (ángulos, distancias horizontales) los cuales
definen la ruta preliminar.
Para la realización de los planos topográficos se utilizará un sistema de coordenadas
tridimensional, siendo los ejes “x” y “y” correspondientes a la planimetría, y el eje z al de
la altimetría.
2.4.1. Planimetría.
Es el trabajo realizado para obtener una representación gráfica del terreno a
levantar, el cual se encontrará proyectado sobre un plano horizontal, es decir se encontrará
en dos dimensiones.
2.4.2. Altimetría.
Es el trabajo realizado, donde se obtienen cotas (medición de altura de una
superficie de la tierra), las cuales complementarán a la planimetría, con el fin de tener un
mapa topográfico en 3 dimensiones, y realizar una mejor interpretación.
16
2.5. Ensayos de laboratorio geotécnicos.
Para realizar un correcto diseño de pavimentos se requiere conocer las
características y propiedades del suelo de fundición en el que se encontrará el pavimento,
es por ello que es de mucha importancia ser minuciosos en su realización. (ensayos de
granulometría, límites de Atterberg, ensayos de compactación, entre otros).
2.6. Guía de diseño Mecanístico-Empírico de pavimentos (MEPDG AASHTO 2008).
La guía MEPDG AASHTO 2008 se basa en la complementación de la ingeniería
teórica y los modelos ya establecidos que tienen como base pruebas de campo y/o
laboratorio; para poder predecir cómo se comportará la estructura del pavimento bajo los
factores meteorológicos en los que se encuentra sometido, además de las cargas producidas
por el tránsito. Por ende, la guía MEPDG requiere de los siguientes datos:
Estructura del pavimento, donde se contemplarán los espesores de las capas que
conforman el pavimento, definir los materiales que se usarán, así como sus
propiedades mecánicas.
Parámetros meteorológicos, los cuales se introducirán en un archivo climático
digital propios de la ciudad de Arequipa.
Estudio del tránsito, el cual comprende los índices medios diarios de vehículos,
además de espectros de carga producidos por los diferentes tipos de vehículos que
transitaran por la vía.
17
2.6.1. Diseño MEPDG AASHTO 2008.
La guía MEPDG AASHTO difiere totalmente a los métodos empleados hoy en día
en Perú, los cuales son empíricos, como, el método AASHTO 93. El diseño de pavimentos
mediante la guía MEPDG AASHTO 2008 es un método iterativo, donde se coloca la
estructura que contemplará el pavimento, y esta es analizado bajo los diferentes parámetros
a los que se encontrar sometido (clima, tráfico, materiales). Los cuáles serán analizados y
se verá si cumple con los criterios de rendimientos introducidos por el diseñador; en caso
no cumplir con estos, se considera otro tipo de estructuración, la cual será nuevamente
analizada, esto se realizará de manera sucesiva, hasta encontrar una estructuración que
cumpla con los criterios de rendimiento, este diseño deberá cumplir todo lo ya descrito por
Montejo. En la figura 3. se puede apreciar las diferentes etapas de diseño de pavimentos en
el software MEPDG basado en la guía MEPDG AASHTO 2008.
18
Figura 3. Etapas de diseño del software MEPDG. Fuente: AASHTO (2008)
2.6.2. Niveles de entrada en parámetros de diseño.
El diseño de pavimentos según la guía MEPDG AASHTO 2008 requiere de datos
de entrada, los cuales son de suma importancia, debido a que en los diferentes proyectos
no siempre se cuenta con los datos necesarios o estudios previos, por eso mismo, la
MEPDG contempla diferentes niveles jerárquicos para la entrada de datos, los cuales son:
NIVEL 01: Este contempla la mayor precisión de los 03 niveles jerárquicos, es
decir es el que menor incertidumbre o error tiene. Es utilizado para aquellos
19
proyectos de gran importancia vial, los cuales están sometidos a tránsito masivo y
pesado. Para este nivel se requiere que los datos de entrada sean Espectros de carga
de tránsito a la cual estará sometido el pavimento, ensayos de deflexión, los cuales
deben ser in situ y no destructivos, y el módulo dinámico de mezclas de concreto
asfáltico en caliente. Como se puede ver requiere de datos específicos y propios de
cada proyecto que se diseñe con este nivel, lo que conlleva a que la obtención de
esta data requiera mayores recursos y tiempo.
NIVEL 02: Este contempla una precisión media. Es utilizada en proyectos viales
donde no se cuente con recursos, equipos para los ensayos para la obtención de la
data requerida por el nivel jerárquico 01. Para este nivel se requiere que los datos
de entrada sean obtenidos de manera ajena al proyecto, es decir mediante datos de
organismos viales de la zona de estudio del proyecto, utilización de softwares de
ensayos los cuales suelen ser limitados, o mediante correlaciones con data existente.
NIVEL 03: Este contemple una precisión disminuida menor a la de los otros dos
niveles, pues no contiene data específica del proyecto a diseñar bajo este nivel de
entrada de parámetros. El uso de este nivel se puede ver justificada en proyectos
viales sometidas a bajo tránsito. Para este nivel se requiere los datos de entrada son
adoptados de valores medios de la región donde se realice el proyecto, datos usados
comúnmente por el organismo vial correspondiente.
20
Como se puede apreciar la guía MEPDG AASHTO 2008 nos permite elegir
niveles de entrada de parámetros en el diseño, según la data que se tenga para cada
proyecto.
2.6.3. Predicción de deterioro.
Dentro de los parámetros de diseño se considera la carga por tránsito, factores
climáticos, propiedades mecánicas de los materiales por las que se compone la estructura
del pavimento a diseñar. Mediante el diseño según la guía MEPDG AASHTO 2008, es
posible predecir los deterioros que tendrá el pavimento durante su vida útil esto debido a
que, en el análisis del mismo, el software acumula el daño a lo largo del tiempo debido a
las condiciones a las que está sometido, y propiedades propias de este. Las fallas
consideradas en los pavimentos flexibles son:
Fisuración por fatiga (agrietamiento de piel cocodrilo, agrietamiento longitudinal).
Ahuellamiento (deformación permanente).
Fisuración térmica.
Análisis de rodadura (IRI- International Roughness Index).
21
CAPÍTULO III
ESTADO DEL ARTE.
La realización de la presente tesina nace de la formulación de la siguiente
pregunta: ¿Se puede implementar el modelo climático de la guía MEPDG AASHTO 2008
para su empleo en el diseño de pavimentos flexibles en la ciudad de Arequipa?, asumiendo
que si se podría implementar esta metodología, aparecen variables con las que no se
cuentan a nivel local para dicha implementación, lo que nos genera nuevas variables dentro
de nuestra investigación, como es la integración de la información meteorológica local que
sea consistente para su utilización en la MEPDG.
Como punto de partido se evaluará el conocimiento sobre esta metodología a nivel
nacional, y si es factible la implementación de ella, analizando también los métodos para
diseño de pavimento flexible, además de los manuales vigentes que se usan en la actualidad
en nuestro medio.
Por ello, es que se procede a la indagación en articulo científicos, papers, tesis,
entre otros documentos de carácter científico para encaminar nuestra investigación y así
cumplir con los objetivos planteados.
En esta etapa de la investigación se realizaron distintos tipos de consulta, revisión,
recolección de conocimientos, metodologías, información sobre el problema planteado en
la tesina, al momento de realizar esta actividad, se efectuó una especie de filtro en la cual
solo se tomó en cuenta aquellos artículos, investigaciones, tesis que se veían de manera
directa relacionada con los objetivos trazados para la realización de la presente
investigación.
22
3.1. Pavimentos en Perú
Los pavimentos peruanos lamentablemente son diseñados con métodos empíricos los
cuales se encuentran dentro del Manual de Suelos y Pavimentos (MTC), es por ello que
nuestros diseños se quedan corto en alcance y no satisfacen de manera adecuada las
necesidades propias de la vía, pues su ciclo de vida es corto, requiriendo de
mantenimientos, rehabilitación, o en muchos casos de rehacer la vía.
El manual de suelos y pavimentos en su introducción nos da a conocer que no se puede
aplicar el método MEPGD que nos da la AASHTO 2008 no se puede aplicar en el Perú
debido a que no se tiene una base de datos meteorológicos de las regiones del Perú. Lo que
genera que en los proyectos de carretera a nivel nacional se tenga desperdicio de recursos,
materiales y tiempo.
Con respecto a la implementación de la MEPDG Chang Albitres y col. (2013) realizaron
una encuesta entre ingenieros, profesores y estudiantes profesionales latinoamericanos para
capturar el alcance del uso del MEPDG para el diseño de pavimentos. La mayoría de los
encuestados (77.5%) reconoció la existencia del método de diseño y elogió sus capacidades
ampliadas en comparación con los métodos generalizados AASHTO (1993) y PCA (1984).
Sin embargo, no han implementado el MEPDG en sus países de origen. Solo el 12.5% de
los encuestados informaron haber utilizado el MEPDG con fines de diseño.
A nivel nacional ninguna entidad responsable ha realizado algún tipo de intento para la
implementación de este método, pero se encontró tesis de pregrado y un artículo (Ver tabla
3.1) las cuales abarcaban temas de interés que pueden alimentar esta tesina de
investigación.
23
Tabla 3.1. Referencias bibliográficas a nivel nacional
Tema Autor Tipo de documento
Propósito
Implementation of the mechanistic-empirical pavement design in northern Peru using a calibration coefficient for the International Roughness Index
José Martínez-Echevarría Romero Nancy Mariela Tafur Garro Germán Gallardo Zevallos
Artículo de investigación
Se modelaron diferentes secciones de pavimento flexible y se obtuvieron valores de predicción para el Índice Internacional de Rugosidad (IRI). Estos valores fueron contrastados con datos empíricos de las secciones evaluadas, a partir de ellos se derivó un coeficiente de calibración regional para la predicción IRI.
Optimización del diseño de un pavimento alternativo mediante la aplicación del método mecanístico empírico MEPDG para la avenida Circunvalación Este de la ciudad de Juliaca
Héctor Yonatan Huallpa Centeno Jhon Williams Estrada Morocco
Tesis de pregrado
Los autores mediante esta tesis quieren proponer un diseño que sea racional y confiable aplicando la MEPDG, para un proyecto en específico (A nivel 1).
Implementación del modelo climático del Método AASHTO 2008 (MEPDG) para el diseño de pavimentos flexibles en la ciudad de Tacna
Jair Rodrigo Yufra Carita
Tesis de pregrado
El autor mediante la realización de esta tesis busca la implementación de la MEPDG en la ciudad de Tacna, creando un archivo climático digital basado en los datos meteorológicos de la ciudad de Tacna.
Cálculo de un coeficiente de calibración para el
Nancy Mariela Tafur Garro
Tesis de Máster en Ingeniería
Mediante los resultados de la simulación mediante la MEPDG se obtienen valores y a partir de
24
modelo de predicción del IRI usando el MEPDG V1.1
Civil con Mención en Ingeniería Vial
ellos se derivó un coeficiente de calibración regional para la predicción IRI.
Fuente: Elaboración Propia
Al revisar estas referencias bibliográficas aplicadas al ámbito nacional, se ve
que, si es factible la implementación de la MEPDG a la ciudad de Arequipa, pero la
información recopilada en esta etapa aún sigue siendo limitada, por ellos se analizará
referencias bibliográficas sobre adaptación de esta metodología en otros países a nivel
Latinoamérica.
3.2.Uso del MEPDG en otros países.
Un usuario internacional que desee adoptar el MEPDG a sus condiciones locales
debe ir más allá de la calibración de los modelos de socorro. El usuario debe idear un medio
para clasificar las entradas de datos de diseño (entradas de tráfico, clima y materiales) de
manera compatible con el MEPDG. Por ejemplo, los datos de tráfico deben convertirse de
la clasificación habitual local a la clasificación de vehículos FHWA. Del mismo modo, los
datos climáticos extraídos de los registros locales deben almacenarse en un formato de
archivo específico.
Es por ello que existen muchos trabajos de investigación que buscan la
implementación, calibración de los diferentes factores de la MEPDG con respecto a su
situación o delimitación de su proyecto de investigación.
Para el desarrollo de esta tesina, se requiere conocer y determinar una metodología
a seguir, para que la implementación de la MEPDG en la ciudad de Arequipa se realice de
25
la manera correcta, por ello de toda la información encontrada se tomó en cuenta aquella
que comprendía metodologías, información relacionada directamente con los objetivos
planteados anteriormente, las cuales se pueden visualizar en la tabla 3.2.
Tabla 3.2. Referencias bibliográficas a nivel internacional
Tema Autor Tipo de documento
Propósito
Data collection experience for preliminary calibration of the AASHTO pavement design guide for flexible pavements in South Carolina
Md Mostaqur Rahman Sarah L. Gassman
Artículo de investigación
Después de realizada la investigación los autores obtuvieron como resultados preliminares que el modelo usando la calibración local mostraba mayor precisión que los modelos de calibración globales, obteniendo así un nivel de confianza de 90%; pero en lo que es grietas longitudinales, el modelo calibrado no presento mejora, aludiendo que existe un proyecto NCHRP 01-52 que está experimentando de tal manera que se pueda mejorar el modelo longitudinal en la MEPDG.
Mechanistic-empirical pavement design guide: features and distinctive elements
Margarita Martinez Diaz
Artículo de investigación
El MEPDG va evolucionado desde su primera versión hasta ahora para mejorar algunos aspectos particulares en los que otros métodos lo han superado. Los estudios realizados en este artículo respaldan el grado de certeza de sus predicciones.
Local calibration of the MEPDG prediction models for pavement
Md Shaidur Rahman
Tesis doctorado en filosofía
A partir de los resultados de la verificación, el autor descubrió que las fallas previstas utilizando los coeficientes de calibración
26
rehabilitation and evaluation of top-down cracking for Oregon Roadways
predeterminados M-E de Darwin no coincidían bien con las fallas reales observadas durante los estudios de condición, lo que sugiere que se requería una calibración local extensa para las condiciones de Oregon.
Implementation of a mechanistic-empirical pavement design method for Uruguayan roadways
Martín Scavone Lasalle
Tesis de masterado
El autor ha construido una versión que funciona de manera correcta en el diseño MEPDG para pavimentos flexibles en Uruguay. Las cuales sometió a pruebas preliminares, gozando de resultados satisfactorios
Implementación del modelo climático de la MEPDG –AASHTO 2008 en Colombia para tres condiciones climáticas
Wilmer Bernardo Mena Abadía
Tesis de masterado
Mena busca poder realizar la implementación del modelo climático ICM en Colombia para poder utilizar el método Mecanístico – Empírico de la guía MEPDG.
Fuente: Elaboración Propia
Después de revisar las distintas bibliografías encontradas, se concluye que, si es
factible la implementación del método climático para la ciudad de Arequipa porque en la
ciudad se registran datos correspondientes a los parámetros climáticos que la guía MEPDG
AASHTO 2008 requiere para su adaptación, lo único que quedaría por corroborar es que
los registros de datos meteorológicos de las diferentes estaciones de la ciudad tengan la
frecuencia de toma de datos necesaria para su aplicación en la MEPDG.
27
CAPÍTULO IV
ARCHIVO CLIMÁTICO AREQUIPA-PE.ICM
Para poder lograr la implementación de la MEPDG AASHTO 2008 en la ciudad
de Arequipa se requiere si o si de un archivo climático propio de la ciudad, la cual
contemple información requerida por el software para el cálculo del diseño mediante este.
Las principales limitaciones es la dificultad en la obtención de los datos necesarios para la
elaboración del archivo climático.
En este capítulo se explicará el procedimiento efectuado para la obtención de
datos de las condiciones climáticas propias de la ciudad de Arequipa, la cual será recopilada
con respecto al formato establecido por la MEPDG AASHTO 2008, para poder generar el
archivo climático con extensión .icm necesaria para la utilización del software, el mismo
que contempla los cálculos, procedimientos establecidos por la MEPDG AASHTO 2008.
Para la realización de este archivo climático se está considerando el Nivel 1 de
datos de entrada según el nivel jerárquico de la MEPDG, lo que nos conlleva a que los
datos estén almacenados de manera específica y detallada, pues se considerará frecuencias
horarias, diarias, mensuales y anuales. La recopilación de los datos necesarios será de
manera manual, por lo que es una gran responsabilidad, pues se tienen que introducir de
manera correcta para que no se altere el resultado en el diseño de los pavimentos mediante
la MEPDG AASHTO 2008 basándonos en los datos climáticos de la ciudad de Arequipa.
En esta investigación se está tomando en cuenta el registro de datos
correspondiente a 24 meses, teniendo como fecha de inicio el 1 de abril del 2018 y como
28
fecha final el 31 de marzo del 2020, siendo este periodo de 24 meses el mínimo requerido
para la aplicación de la guía MEPDG AASHTO 2008.
Para la realización del archivo climático de la ciudad de Arequipa se siguieron los
puntos estipulados en la Figura 4.
Figura 4. Puntos para elaboración de Archivo Climático con extensión .icm para la
ciudad de Arequipa. Fuente: Elaboración propia
29
4.1.Requerimientos de la guía MEPDG AASHTO 2008 para la creación del Archivo
Climático en la ciudad de Arequipa.
La data necesaria para la creación de un Archivo Climático ICM, está conformada
por una amplia cantidad de datos (información meteorológica) con respecto a la zona del
proyecto (Arequipa), la cual debe ser ingresada en el software de diseño MEPDG mediante
un Archivo Climático virtual con extensión .icm.
Todos los datos necesarios para la realización del Archivo Climático están
detallados en la Tabla 4.1., donde se puede ver la frecuencia requerida de toma de datos
por cada parámetro climático, y la unidad en la que debe ser ingresada para el correcto uso
de esta. La guía MEPDG AASHTO 2008 como ya fue explicado requiere como mínimo
un periodo de 24 meses de toma de datos.
Según la NCHRP (2004) el archivo climático ICM requiere de todos estos datos,
para así poder calcular la humedad distribuida y temperatura que se encuentra dentro de la
estructura del pavimento.
Según Johanneck y Khazanovich (2010) si bien es cierto se requiere un mínimo
de 24 meses como periodo para introducir la data en el software de diseño, se recomienda
que esta tenga más de 10 años para que la precisión aumente, pues la predicción será más
acorde a la realidad.
30
Tabla 4.1. Parámetros meteorológicos requeridos por la guía MEPDG AASHTO 2008
PARÁMETRO UNIDAD FRECUENCIA
Precipitación Pulgadas (pulg) Toma de datos cada hora
Temperatura del aire Grados Farenheit (°F) Toma de datos cada hora
Nubosidad Porcentaje (%) Toma de datos cada hora
Viento Millas/h Toma de datos cada hora
Nivel Freático Pies (ft) Toma de datos cada hora
Salida y puesta de sol Hora (decimal) Datos diarios
Humedad relativa Porcentaje (%) Media mensual
Radiación solar 𝐵𝑢𝑡
𝑓𝑡2 ∗ 𝑑í𝑎
Datos diarios
Coordenadas Geodésicas Altura en pies (ft) No aplica(*)
Fuente: Elaboración propia.
Nota (*). No aplica, ya que las coordenadas geodésicas no requieren de frecuencia de toma
de datos, ya que es un dato constante.
4.2.Disponibilidad y limitaciones de datos climáticos en la ciudad de Arequipa
Con respecto a los requerimientos dados por la guía MEPDG AASHTO 2008 es
que se indago sobre las estaciones meteorológicas en la ciudad de Arequipa, además si era
factible el acceso a los datos de estas.
Las consultas realizadas fueron a los principales organismos que brindan
información climática a nivel nacional, y en este caso en específico en la ciudad de
Arequipa, los que son la Corporación Peruana de Aeropuertos y Aviación Comercial
(CORPAC) y el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú (SENAMHI).
31
CORPAC es el organismo que está a cargo de la toma de datos meteorológicos
aeronáuticos designado por la Dirección General de Aeronáutica Civil (DGAC), el servicio
dado por CORPAC está regulado en base a conformidad con la International Civil Aviation
Organization (ICAO), por lo que estos datos son tomados de manera correcta. A nivel
nacional CORPAC cuenta con treinta y dos estaciones meteorológicas Aeronáuticas
(EMA’s) ver ANEXO 1, contando 10 de estas con un Sistema Automático de Observación
Meteorológica (AWOS), siendo la estación meteorológica ubicada en el Aeropuerto
Internacional Alfredo Rodríguez Ballón (Arequipa) uno de los que cuenta con este sistema,
para la presente tesina de investigación se optó por la toma de datos meteorológicos
provenientes de esta estación.
Otro organismo consultado fue SENAMHI, el cual en la ciudad de Arequipa
cuenta con tres estaciones meteorológicas, las cuales tiene como propósito poder proveer
la información correspondiente a toma de datos climáticos, hidrológicos y meteorológicos
de manera confiable, además dicha información es de libre acceso para la sociedad. Para
la presente tesina de investigación se optó por la toma de datos meteorológicos
provenientes de la estación meteorológica “La Pampilla”.
Viendo la disponibilidad de información en la ciudad de Arequipa se utilizará la
información proveniente de las estaciones “Estación meteorológica La Pampilla” y
“Estación Metereológica Aeropuerto Alfredo Rodríguez Ballón (SPQU)”. En la tabla 4.2.
se ve que la frecuencia de toma de datos diarios de la estación SPQU con respecto a los
requerimientos de la guía MEPDG AASHTO 2008.
32
Tabla 4.2. Observaciones diarias de la estación SPQU
PARÁMETRO FRECUENCIAS
DIARIAS (MEPDG)
FRECUENCIAS
DIARIAS (SPQU)
Precipitación 24 24
Temperatura del aire 24 24
Porcentaje de Nubosidad 24 24
Velocidad del Viento 24 24
Nivel Freático 24 Data no disponible (*)
Salida y puesta de sol 1 Data no disponible (*)
Humedad relativa Mensual Data no disponible (*)
Radiación solar 1 Data no disponible (*)
Fuente: Elaboración propia.
Nota (*). La estación SPQU no contempla la toma de datos de estos parámetros, por ende,
no existe datos de los mismos correspondientes a esta estación.
Luego de ver que la información de la estación SPQU cumple con la frecuencia
de toma de datos, se encuentra una limitación en la obtención de los mismos, puesto que
de manera directa se pueden conseguir, pero esto implica un pago elevado por ellos, además
de tiempo para el proceso de adquisición.
Por ello es que se optó por otro camino para conseguir los datos de la estación
meteorológica SPQU, que fue a través de los informes meteorológicos de rutina
aeronáutica –METAR, los mismos que se encuentran en la página web
https://www.ogimet.com/ con libre acceso a ellos (Ver ANEXO 2).
33
Luego de almacenar los datos obtenidos de la estación meteorológica SPQU, se
requiere de parámetros climáticos que en el informe METAR no se encuentra. Por ello, se
consultó la información brindada por el SENAMHI la cual se encuentra en los boletines
que publica en su página web, de donde se obtuvo data correspondiente a la radiación solar.
La salida y puesta de sol en la ciudad de Arequipa son datos que se encuentran en
distintas páginas web, optando por https://www.sunrise-and-sunset.com/es.
Para la obtención de los datos correspondientes a la humedad relativa, se
obtuvieron también de la estación meteorológica del aeropuerto Rodríguez Ballón, pero
estos se encuentra en otra página web con libre acceso la cual es https://www.woespana.es/.
Donde nos brindan esta data necesaria de manera gráfica como se puede apreciar en la
Figura 5, para un periodo mensual de tiempo.
Figura 5. Data obtenida de humedad relativa. Fuente: https://www.woespana.es/
34
En la tabla 4.3. se puede apreciar la procedencia de la disponibilidad de datos de
los parámetros climáticos necesarios para la conformación del Archivo Climático.
Tabla 4.3. Obtención de valores de los parámetros climáticos para Archivo Climático
PARÁMETRO UNIDAD FRECUENCIA OBTENCIÓN
Precipitación Pulg. Horaria Estación
meteorológica
Aeropuerto
Rodríguez Ballón.
(Informes METAR
–
www.ogimet.com/)
Temperatura del aire °F Horaria
Nubosidad % Horaria
Viento Millas/h Horaria
Salida y puesta de sol Hora (decimal) Diaria www.sunrise-and-
sunset.com/es.
Humedad relativa % Mensual Estación
meteorológica
Aeropuerto
Rodríguez Ballón.
(www.woespana.es/)
Radiación solar 𝐵𝑢𝑡
𝑓𝑡2 ∗ 𝑑í𝑎
Diario Estación
meteorológica La
Pampilla
(SENAMHI –
Boletines
mensuales)
Fuente: Elaboración propia.
4.3. Interpretación de datos disponibles en Arequipa.
Los datos que requieren de interpretación son los obtenidos de la estación
meteorológica del aeropuerto Rodríguez Ballón, pues estas estos están codificados en
35
METAR, la cual es una codificación necesaria para la aeronáutica, por ello en este punto
se detallara la manera de interpretar dicha codificación.
Para la decodificación de los informes METAR obtenidos mes a mes, se realizó
el proceso descrito en la Figura 6.
Figura 6. Procedimiento para la interpretación de informes METAR. Fuente:
Elaboración propia
La lectura e interpretación de los parámetros climáticos contenidos en los
informes METAR se realizó bajo las siguientes consideraciones:
202003120600 METAR SPQU 120600Z 10005KT CAVOK 11/09 Q1027 PP000=
En el cuadro se puede apreciar un ejemplo de cómo los datos se encuentran en los informes
Metar, este ejemplo contempla la toma de datos en una hora. Para interpretar esta
codificación se tiene que entender:
202003120600: Estos números nos indican la fecha y la hora de la toma de datos
por parte de la estación meteorológica. En el ejemplo se interpreta como año dos
mil veinte (2020), mes de marzo (03), día doce del mes (12) y hora de toma de
datos, 06:00 a.m. hora UTC (0600).
METAR: nos indica la codificación en la que se tomaron los datos.
36
SPQU: en este el informe muestra la codificación OACI de la estación
meteorológica que está tomando los datos. En el ejemplo corresponde a la estación
meteorológica del aeropuerto Alfredo Rodríguez Ballón de Arequipa.
120600Z: en el informe METAR vuelve a dar el día y hora de la observación. En
el ejemplo día 12 (12) a las 06:00 a.m. (0600Z).
10005KT: este dato corresponde a la dirección y velocidad del viento. En el caso
del ejemplo, la dirección está a 100° respecto al norte geográfico (100) y a una
velocidad de 5 nudos (05KT).
CAVOK: Esta codificación corresponde a la nubosidad. La interpretación de este
se da de la siguiente manera:
CAVOK: no hay presencia de nubes, cielo despejado – 0%.
FEW: despejado con poca presencia de nubes – 25%.
SCT: cielo parcialmente nuboso – 50%.
BKN: cielo nuboso – 75%.
OVC: cielo completamente cubierto – 100%.
En el caso del ejemplo, el cielo se encuentra despejado, por lo tanto 0% de
nubosidad (CAVOK).
11/09: este dato nos da la temperatura y el punto de roció. En el ejemplo, se tiene
una temperatura de 11°C (11) y punto de roció de 09°C (09).
Q1027: es el calaje del altímetro. En el ejemplo, se encuentra a 1227 milibares.
PP000: este dato corresponde a la precipitación. En el ejemplo se tiene una
precipitación de 00.0mm (PP000).
37
Después de entender la lectura e interpretación de los informes METAR, se
procede a almacenar los datos necesarios para la creación del Archivo climático, para lo
cual no se requiere de todos los datos brindados por el informe sino solo de algunos como
se puede apreciar en la tabla 4.4, este procedimiento se realizó para todos los datos horarios
correspondientes al periodo de 24 meses comprendido entre las fechas 01/04/2018 al
31/03/2020.
Tabla 4.4. Datos recolectados de Informe METAR
DESCRIPCIÓN INFORME METAR INTERPRETACIÓN
Día y hora de
observación
202003120600 12/03/2020 a las 06:00 hora
UTC
Velocidad del viento 10005KT 05 nudos de velocidad de
viento
Nubosidad CAVOK 0 % de nubosidad
Temperatura 11/09 11°C
Precipitación PP000 00.0 mm
Fuente: Elaboración propia.
Como ya explicado en la figura 8 después de la interpretación de los datos, se
procede a su almacenamiento para el cual se utilizó el programa Microsoft Excel, para
tener un adecuado orden, la información fue almacenada como se puede apreciar en el
ANEXO 3.
38
Posterior al almacenamiento se procedió a la corrección horaria UTC a la hora
local, además de la conversión de unidades de acuerdo a las requeridas por la guía MEPDG
AASHTO 2008 como se puede apreciar en la tabla 4.5.
Tabla 4.5. Conversión de datos almacenados de informe METAR para requerimiento de
la guía MEPDG
DESCRIP-
CIÓN
INFORME
METAR
INTERPRE-
TACIÓN
CORRECCI
ÓN HORA
CONVERSIÓN DATOS
CONVERTIDOS
Día y hora
de
observación
202003120600 12/03/2020 a las
06:00 hora UTC
UTC – 5:00
horas
No aplica (**) 12/03/2020 a las
01:00 hora local.
Velocidad
del viento
10005KT 05 nudos de
velocidad de
viento
No aplica (*) 1𝐾𝑇
= 1,15078𝑚𝑝ℎ
5.75mph
Nubosidad CAVOK 0 % de
nubosidad
No aplica (*) No aplica 0 % de nubosidad
Temperatura 11/09 11°C No aplica (*) 1𝐹 =
9
5∗ 𝐶 + 32
52°F
Precipitación PP000 00.0 mm No aplica (*) 1𝑖𝑛 =
1𝑚𝑚
25.4
00.0 in
Fuente: Elaboración propia.
Nota (*). No aplica, debido a que estos parámetros climáticos no requieren de corrección
horaria. (**). No aplica, debido a que estos parámetros climáticos no requieren de
conversión de unidades.
Los datos correspondientes a la humedad relativa se obtuvieron de la
interpretación de los gráficos dados por el portal web https://www.woespana.es/ , debido a
39
que la frecuencia de esta toma de datos es mensual y los datos dados en la gráfica diaria,
se tomó la media mensual de los datos.
Las obtenciones de los datos correspondientes a la radiación solar en la ciudad de
Arequipa se obtuvieron de los boletines mensuales que publica SENAMHI, estos datos se
encuentran de manera gráfica (ver Figura 7.), de donde se extrajo los datos para
almacenarlos en una hoja en el software Microsoft Excel.
Figura 7. Índice máximo UV-B del mes de diciembre del año 2019. Fuente:
SENAMHI – Arequipa.
Los datos del gráfico están representados por un índice adimensional (IUV- índice
de radiación ultravioleta), esto debido a que SENAMHI brinda esta información para fines
médicos, la unidad requerida para el Archivo climático es Btu/ft2*día, para lo cual se
hicieron una serie de conversión en las unidades, las cuales son:
40
Conversión de IUV a W/m2:
𝐼𝑈𝑉
40=
𝑊
𝑚2
Conversión de W/m2 a Kwh/m2*día:
𝑊
𝑚2∗ 3600 ∗ 1ℎ ∗
1𝑘𝑤
1000𝑤∗10
𝑑í𝑎= 36
𝑘𝑊ℎ
𝑚2 ∗ 𝑑í𝑎
Conversión de IUV a W/m2:
1𝑘𝑊ℎ
𝑚2 ∗ 𝑑í𝑎=3412𝐵𝑡𝑢
1𝑘𝑤ℎ∗
1𝑚2
10.76𝑓𝑡2= 316.9982
𝐵𝑡𝑢
𝑓𝑡2 ∗ 𝑑í𝑎
Así de las gráficas correspondientes a los índices de radiación ultravioleta como
el mostrado en la Figura 7 se obtiene el dato de los meses del periodo que contempla el
archivo climático, posteriormente se procede a la conversión, obteniendo los datos
requeridos para la elaboración del Archivo climático, el proceso de conversión se detalla
en la tabla 4.6.
41
Tabla 4.6. Conversión data de radiación solar
Mes IUVB W/m2 Kwh/m2*día Btu/ft2*día
2018
Abril 8.87 0.22175 7.983 2531.41227
Mayo 8.12 0.203 7.308 2317.36952
Junio 7.62 0.1905 6.858 2174.67435
Julio 8.32 0.208 7.488 2374.44758
Agosto 8.52 0.213 7.668 2431.52565
Setiembre 10.06 0.2515 9.054 2871.02677
Octubre 12.86 0.3215 11.574 3670.1197
Noviembre 13.54 0.3385 12.186 3864.18513
Diciembre 14.37 0.35925 12.933 4101.05911
2019
Enero 14.54 0.3635 13.086 4149.57546
Febrero 13.57 0.33925 12.213 3872.74684
Marzo 10.24 0.256 9.216 2922.39703
Abril 9.03 0.22575 8.127 2577.07472
Mayo 8.34 0.2085 7.506 2380.15539
Junio 7.98 0.1995 7.182 2277.41487
Julio 8.24 0.206 7.416 2351.61636
Agosto 8.79 0.21975 7.911 2508.58104
Setiembre 10.11 0.25275 9.099 2885.29628
Octubre 14.52 0.363 13.068 4143.86766
Noviembre 15.11 0.37775 13.599 4312.24796
Diciembre 15.35 0.38375 13.815 4380.74164
2020
Enero 16.5 0.4125 14.85 4708.94052
Febrero 15.86 0.3965 14.274 4526.29071
Marzo 12.3 0.3075 11.07 3510.30112
Fuente: Elaboración propia
Así todos los datos necesarios para la elaboración del Archivo climático ya se
obtuvieron y están en las unidades requeridas.
42
4.4.Análisis de información climática en Arequipa.
4.4.1. Análisis de radiación solar en Arequipa.
Para realizar la creación del Archivo climático con extensión .icm se recopilaron
los datos correspondientes a la radiación solar de la estación metereológica La Pampilla
(SENAMHI AREQUIPA), para un periodo con fecha de inicio 01 de abril del año 2018 y
fecha de fin 31 de marzo del 2020. Los valores obtenidos se muestran gráficamente en la
Figura 8. El almacenamiento de estos fue con el software Microsoft Excel, en el ANEXO
3 se puede apreciar el formato que se empleó para el almacenamiento e interpretación de
la data.
Figura 8. Gráfica radiación solar en la ciudad de Arequipa. Fuente: Elaboración
propia.
Los valores mostrados en la gráfica ilustrada en la figura 8, representan los datos
obtenidos de la radiación solar en Arequipa, viendo que los meses de diciembre, enero y
febrero de cada año es donde se presenta la mayor radiación en la ciudad, así mismo los
43
meses con menor radiación son los de mayo, junio y julio de cada año. La gráfica muestra
una cierta tendencia anual.
4.4.2. Análisis de Salida y puesta de sol en Arequipa.
Para realizar la creación del Archivo climático con extensión .icm se recopilaron
los datos correspondientes a la salida y puesta de sol en la ciudad de Arequipa para un
periodo con fecha de inicio 01 de abril del año 2018 y fecha de fin 31 de marzo del 2020.
Los valores obtenidos se muestran gráficamente en la Figura 9. El almacenamiento de estos
fue con el software Microsoft Excel, en el ANEXO 3 se puede apreciar el formato que se
empleó para el almacenamiento e interpretación de la data.
Figura 9. Gráfica salida y puesta de sol en la ciudad de Arequipa (Hora decimal).
Fuente: Elaboración propia.
44
4.4.3. Análisis humedad relativa en Arequipa.
Para realizar la creación del Archivo climático con extensión .icm se recopilaron
los datos correspondientes a la humedad relativa de la estación metereológica ubicada en
el aeropuerto Alfredo Rodríguez Ballón (CORPAC), para un periodo con fecha de inicio
01 de abril del año 2018 y fecha de fin 31 de marzo del 2020. Los valores obtenidos se
muestran gráficamente en la Figura 10. El almacenamiento de estos fue con el software
Microsoft Excel, en el ANEXO 3 se puede apreciar el formato que se empleó para el
almacenamiento e interpretación de la data.
Figura 10. Gráfica humedad relativa media en la ciudad de Arequipa. Fuente:
Elaboración propia.
Los valores mostrados en la gráfica ilustrada en la figura 10, nos presenta que los
valores picos en la ciudad de Arequipa en cuanto a humedad relativa se han dado en los
45
primeros meses de cada año respectivamente, pero en el 2020 es donde encontramos el
pico más alto que es de 89.3% en el mes de febrero; mientras tanto los valores mínimos se
dan en los meses de junio, julio, agosto de cada año respectivamente, siendo el menor
correspondiente al año 2019 de 17.7% correspondiente al mes de agosto. Como se puede
apreciar la gráfica la humedad relativa en los primeros meses del año ha aumentado con el
pasar del tiempo, caso contrario en los meses de mitad de año como son junio, julio, agosto.
4.4.4. Análisis porcentaje de nubosidad en Arequipa.
Para realizar la creación del Archivo climático con extensión .icm se recopilaron
los datos correspondientes al porcentaje de nubosidad de la estación metereológica ubicada
en el aeropuerto Alfredo Rodríguez Ballón (CORPAC), para un periodo con fecha de inicio
01 de abril del año 2018 y fecha de fin 31 de marzo del 2020. Los valores obtenidos se
muestran gráficamente en la Figura 11. El almacenamiento de estos fue con el software
Microsoft Excel, en el ANEXO 3 se puede apreciar el formato que se empleó para el
almacenamiento e interpretación de la data.
46
Figura 11. Gráfica porcentaje de nubosidad en la ciudad de Arequipa. Fuente:
Elaboración propia.
De los valores mostrados en la gráfica ilustrada en la figura 11, se puede ver que
la tendencia de nubosidad en la ciudad de Arequipa durante el periodo comprendido entre
la quincena de abril e inicios de diciembre presenta un cielo despejado, mientras que los
primeros meses del año presenta nubosidad, esto también debido a que estos meses son
temporada de lluvias en la ciudad.
4.4.5. Análisis temperatura en Arequipa.
Para realizar la creación del Archivo climático con extensión .icm se recopilaron
los datos correspondientes a la temperatura de la estación metereológica ubicada en el
47
aeropuerto Alfredo Rodríguez Ballón (CORPAC), para un periodo con fecha de inicio 01
de abril del año 2018 y fecha de fin 31 de marzo del 2020. Los valores obtenidos se
muestran gráficamente en la Figura 12. El almacenamiento de estos fue con el software
Microsoft Excel, en el ANEXO 3 se puede apreciar el formato que se empleó para el
almacenamiento e interpretación de la data.
Figura 12. Gráfica Temperatura promedio mensual en la ciudad de Arequipa.
Fuente: Elaboración propia.
Como se puede ver en la gráfica de la figura 12, la temperatura pico en la ciudad
de Arequipa es de 84.2°F en el mes de febrero del 2020, mientras que la temperatura más
baja es de 33.8 °F en el mes de setiembre del año 2019; además se puede aprecias que la
temperatura promedio durante todo el año tienen una tendencia lineal en la ciudad de
Arequipa.
48
4.4.6. Análisis velocidad del viento en Arequipa.
Para realizar la creación del Archivo climático con extensión .icm se recopilaron
los datos correspondientes a la velocidad del viento de la estación metereológica ubicada
en el aeropuerto Alfredo Rodríguez Ballón (CORPAC), para un periodo con fecha de inicio
01 de abril del año 2018 y fecha de fin 31 de marzo del 2020. Los valores obtenidos se
muestran gráficamente en la Figura 13. El almacenamiento de estos fue con el software
Microsoft Excel, en el ANEXO 3 se puede apreciar el formato que se empleó para el
almacenamiento e interpretación de la data.
Figura 13. Gráfica Velocidad del viento en la ciudad de Arequipa. Fuente:
Elaboración propia.
49
Como se puede observar en la gráfica de la figura 13, se aprecia que los valores
máximos promedio rondan las 8mph, mientras que los valores mínimos las 4mph. Como
se aprecia hay casos excepcionales en que la velocidad del viento en ciertos días supera las
10mph.
4.5.Estructuración de los datos climáticos para la creación del Archivo climático de
la ciudad de Arequipa.
Luego de recolectar, interpretar, almacenar y analizar los datos climáticos
correspondientes a la ciudad de Arequipa se procedió a la creación del archivo climático al
cual se le nombró “Arequipa-PE.icm”.
Para la creación del Archivo climático con extensión. icm se requiere conocer la
estructura que este compone, y saber ordenar los datos ya almacenados previamente, los
archivos climáticos se componen de cuatro tipos de informaciones las cuales son:
Periodo de información contenida en el archivo climático.
Datos promedios anuales.
Datos con frecuencia diaria.
Datos con frecuencia horaria.
50
Figura 14. Estructuración general para Archivos climáticos con extensión .icm.
Fuente: Elaboración propia.
4.5.1. Periodo de información
Es la parte dentro de la estructuración del archivo climático donde se describe el
periodo de información climática contenida en el Archivo climático. Como se puede ver
en la figura 13. Se tiene una codificación para esto, en la tabla 4.7. se detalla el ingreso de
estos datos codificados en el archivo climático “Arequipa–PE.icm”. Como ya fue descrito
el periodo que se consideró para el archivo climático tiene como fecha de inicio 01 de abril
del 2018 y como fecha fin 31 de marzo del 2020.
51
Tabla 4.7. Periodo de información en el archivo Arequipa-PE.icm
Descripción Codificación ICM Archivo Arequipa-PE.icm
Periodo de registro en
el archivo climático
YYYYMMDD- YYYYMMDD
(Fecha inicio – Fecha fin)
20180401-20200331
(01/04/2018 – 31/03/2020)
Fuente: Elaboración propia
4.5.2. Datos promedios anuales
Los datos promedios anuales se introducen en el archivo climático sin ningún tipo
de codificación, sino se introducen de manera corrida como se puede apreciar en la figura
15. Los parámetros introducidos en esta parte de la estructuración del archivo climático
Arequipa-PE.icm se encuentran detallados en la tabla 4.8.
Figura 15. Parámetros anuales para Archivos climáticos con extensión .icm. Fuente:
Elaboración propia.
52
Tabla 4.8. Datos promedios anuales en el archivo Arequipa-PE.icm
Descripción Archivo Arequipa-PE.icm
Longitud, latitud, elevación (ft) -71.5831,-16.3408,8330.052
Profundidad del Nivel Freático
(ft)
10,-1,-1,-1,-1 (*)
Temperatura media anual (°F) 59.8536
Temperatura días bajo cero
(°F)
0
Precipitación anual (in) 18.126
Humedad media mensual (%) 68.9,83.5,62.5,60.8,34.1,20,19.3,17.7,30.1,31.5,47.4,52
Fuente: Elaboración propia
Nota (*). Se introdujo el dato de 10 como valor típico para el nivel freático, mientras que
los -1 es el valor correspondiente a las estaciones del año, si es que no se quiere utilizar el
nivel freático por estaciones anuales, se considera el valor típico de 10 para todo el año.
4.5.3. Datos diarios
Los datos diarios se introducen en el archivo climático sin ningún tipo de
codificación, sino se introducen de manera corrida como se puede apreciar en la figura 16.
Los parámetros introducidos en esta parte de la estructuración del archivo climático
Arequipa-PE.icm se ordenaron como se muestra en la Tabla 4.9. realizando este proceso
para cada día considerado dentro del periodo de información contenido en el Archivo
climático.
53
Figura 16. Parámetros diarios para Archivos climáticos con extensión .icm. Fuente:
Elaboración propia.
Tabla 4.9. Datos diarios en el archivo Arequipa-PE.icm correspondientes al día
25/08/2019
Descripción Archivo Arequipa-PE.icm
Mes 8
Día 25
Año 2019
Salida del sol (decimal) 5.9667
Puesta del sol (decimal) 17.6333
Radiación solar (Btu/ft2*día) 2508.58
Fuente: Elaboración propia.
54
4.5.4. Datos horarios
Los datos horarios se introducen en el archivo climático sin ningún tipo de
codificación, sino se introducen de manera corrida como se puede apreciar en la figura 17.
Los parámetros introducidos en esta parte de la estructuración del archivo climático
Arequipa-PE.icm se ordenaron como se muestra en la Tabla 4.10. realizando este proceso
para cada hora de los días considerados dentro del periodo de información contenido en el
Archivo climático.
Figura 17. Parámetros horarios para Archivos climáticos con extensión .icm. Fuente:
Elaboración propia.
55
Tabla 4.10. Datos horarios en el archivo Arequipa-PE.icm correspondientes al día
25/08/2019 toma de datos a las 02:00 hora local
Descripción Archivo Arequipa-PE.icm
Hora local 2
Temperatura (°F) 51.8
Precipitación (in) 0
Velocidad del viento (mph) 8.05546
Porcentaje de cielo claro (%) 100
Nivel freático (ft) 10 (*)
Fuente: Elaboración propia.
Nota (*). Valor típico para el nivel freático
4.5.5. Archivo climático Arequipa-PE.icm.
Luego de entender la estructura y tener todos los datos correspondientes con los
que contará el archivo climático, se procederá a la creación del archivo “Arequipa-PE.icm”,
el cual puede ser usado para el diseño de pavimentos flexibles bajo la guía MEPDG
AASHTO 2008, o para el estudio de cómo influyen los parámetros climáticos en el diseño
de pavimentos. Para la creación del archivo se realizó la siguiente secuencia:
Se realizó un ordenamiento con ayuda del software Microsoft Excel, luego este fue
guardado en formato TXT. Ver figura 18.
56
Figura 18. Archivo Arequipa-PE ordenado en Microsoft Excel y guardado en
formato TXT. Fuente: Elaboración propia.
Se abrió el nuevo archivo creado con formato TXT, el cual se corroboró que tenga
la estructura ya descrita en el punto 4.5.4. Ver figura 19.
57
Figura 19. Estructuración Archivo Arequipa-PE en formato TXT. Fuente:
Elaboración propia.
Luego de verificar que la estructura sea la correcta se procede a la creación del
archivo climático Arequipa-PE.icm como se puede apreciar en la figura 20.
58
Figura 20. Creación Archivo climático Arequipa-PE.icm. Fuente: Elaboración
propia.
59
CAPÍTULO V
PROTOTIPO DE MODELO CLIMÁTICO (ICM-MEPDG) PARA
DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
En el presente capítulo se detallará el prototipo de modelo climático para el diseño
de pavimentos flexibles en el proyecto: “Mejoramiento del servicio de transitabilidad
vehicular y peatonal en el AA. HH. Virgen de Chapi – Sector I, Distrito de Cerro Colorado
– Arequipa – Arequipa”, donde se obtendrán los valores de diseño para la avenida
principal.
5.1. Prototipo de modelo climático para pavimento flexible
Para el diseño de pavimentos flexibles en el Proyecto usando el prototipo de diseño
propuesto se realizará teniendo en cuenta las recomendaciones dadas por la guía MEPDG
AASHTO 2008, la cual consta de tres etapas (Datos de entrada, Análisis, Resultados).
5.1.1. Datos de entrada
En la presente etapa se debe identificar y determinar los datos que se introducirán
al prototipo de diseño, los cuales son:
Información general del proyecto: como su nombre lo dice son datos generales
correspondientes al proyecto (vida del pavimento, fecha de construcción del
pavimento, fecha de apertura al tránsito, tipo de pavimento). Ninguno de estos datos
influye en los cálculos de los resultados, son para dar una visión general del
60
proyecto que se va a diseñar. En el ejemplo aplicativo desarrollado se introdujo los
datos mostrados en la tabla 5.1.
Tabla 5.1. Datos generales – Proyecto
Descripción Datos de entrada
Vida de diseño del pavimento 10 años
Fecha de construcción del
pavimento
06/2020 (Junio del 2020)
Fecha de apertura al tránsito 11/2020 (Noviembre del
2020)
Tipo de pavimento Pavimento flexible
Fuente: Elaboración propia.
Ubicación del proyecto.
En el distrito de Cerro Colorado el cual se localiza al Norte de Arequipa (capital de
la provincia), latitud sur 16 22’ 24’’, longitud oeste 71 33’ 37’’, altitud 2,406 m.s.n.m.
61
Figura 21. Delimitación AA.HH. Virgen de Chapi – Sector I. Fuente: Imagen
tomada de Google Earth.
Parámetros de análisis: son los criterios que el diseñador a escogido para el
desempeño límite (IRI final, Agrietamiento por fatiga, Deformación permanente)
de su diseño de pavimento, la guía MEPDG AASHTO 2008 recomienda ciertos
datos límites según el tipo de proyecto, pero el diseñador es libre de seleccionar
otros, después de evaluar y elegir los más apropiados para las condiciones de su
proyecto. En el ejemplo aplicativo desarrollado se introdujo los datos mostrados en
la tabla 5.2.
62
Tabla 5.2. Parámetros de análisis - Proyecto
Parámetros de análisis Desempeño
límite
IRI Final in/mi (m/km) 250 (4)
Agrietamiento longitudinal ft/mi (m/km) 700 (133)
Agrietamiento por fatiga (%) 25
Agrietamiento transversal ft/mi (m/km) 700 (133)
Deformación permanente in (mm) 0.65 (16.5)
Deformación permanente capa asfáltica in
(mm)
0.25 (6)
Fuente: Elaboración propia.
Tráfico: estos datos deben provenir del estudio de tránsito propio para cada
proyecto vial que se quiere diseñar. Los datos que se deben introducir en el software
son datos generales de tráfico (TMDAC, velocidad de diseño, n° de carriles, etc.),
distribución de vehículos por clase (clasificación FHWA), distribución horaria de
vehículos y espectro de carga por ejes. Los datos correspondientes del estudio de
tránsito del proyecto AA.HH. Virgen de Chapi se pueden apreciar en el ANEXO 4,
los datos del estudio se tuvieron que interpretar según las consideraciones que pide
la herramienta software MEPDG, los datos que se introdujeron son los
correspondientes a las tablas 5.3, 5.4 y 5,5.
63
Tabla 5.3. Datos generales de tráfico - Proyecto
Descripción Datos de entrada
TMDAC 45
N° de carriles de diseño 2
% vehículos en carril de diseño 60
% de vehículos en dirección de diseño 90
Velocidad de diseño mph (km/h) 37 (60)
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 5.4. Distribución de vehículos - Proyecto
Tipo de vehículo (FHWA) Distribución
Clase 4 0
Clase 5 76
Clase 6 22
Clase 7 3
Clase 8 0
Clase 9 0
Clase 10 0
Clase 11 0
Clase 12 0
Clase 13 0
Fuente: Elaboración propia.
64
Tabla 5.5. Distribución horaria de vehículos - Proyecto
Hora Distribución Hora Distribución
00:00 – 01:00 0 12:00 – 13:00 6
01:00 – 02:00 0 13:00 – 14:00 6
02:00 – 03:00 0 14:00 – 15:00 6
03:00 – 04:00 0 15:00 – 16:00 6
04:00 – 05:00 2.5 16:00 – 17:00 6
05:00 – 06:00 2.5 17:00 – 18:00 6
06:00 – 07:00 7.5 18:00 – 19:00 5
07:00 – 08:00 7.5 19:00 – 20:00 5
08:00 – 09:00 8.5 20:00 – 21:00 1.5
09:00 – 10:00 8.5 21:00 – 22:00 1.5
10:00 – 11:00 7 22:00 – 23:00 0
11:00 – 12:00 7 23:00 – 00:00 0
Fuente: Elaboración propia.
Datos climáticos: Se introducen datos climáticos propios de cada proyecto según la
ubicación que tenga. Para el proyecto Virgen de Chapi se utilizará el archivo
climático creado “Arequipa-PE.icm”, el cual se importará a la herramienta software
MEPDG.
Estructura de pavimento: en esta parte se introducen los datos correspondientes a
la estructura con la que contara el pavimento, caracterización de los materiales que
se usaran, para el cálculo de los espesores de capa se pueden realizar mediante otros
métodos como es la AASHTO 93, los cuales iremos variando en medida que los
resultados de desempeño no sean los adecuados. El proyecto Virgen de Chapi
65
cuenta con el diseño por la metodología AASHTO 93 la cual se puede ver en el
ANEXO 5. Los datos introducidos en la herramienta “software MEPDG” fueron
los contenidos en la tabla 5.6.
Tabla 5.6. Propiedades de los materiales - Proyecto
Descripción Datos de entrada
Gradación de
agregados
% acum 3/4“ 0
% acum 3/8” 20
% acum N°4 40
% acum N°200 5
Ligante
asfáltico
Grado superpave - (*)
Viscosidad - (*)
Grado de penetración 60-70
Propiedades
del asfalto
Temperatura °F (°C) 70 (21)
Módulo de Poisson 0.35
Contenido efectivo (%) 5.4
Vacíos (%) 5
Unidades totales (pcf) 143
Espesores de
capa
Pavimento in (cm) 2 (5)
Base in (cm) 10 (25)
Subrasante in (cm) - (**)
Fuente: Elaboración propia.
Nota (*). No se tiene dato de dichas propiedades, por lo tanto, no se tomaron en
cuenta para el cálculo de los valores de desempeño. (**). En el proyecto no se
considera esta capa estructural.
5.1.2. Análisis Preliminar
En esta etapa se tienen ya resultados preliminares correspondientes al diseño por
espesores de capa introducido en la etapa anterior, se procede a hacer un análisis de estos
resultados en base a los criterios de desempeño límites elegidos para el proyecto vial que
66
se está diseñando. En caso de no cumplir estos criterios de desempeño se procederá a
reevaluar la estructuración del pavimento (espesores de capa), o utilización de otros
materiales para poder lograr el desempeño requerido. En otras situaciones el diseño puede
cumplir el desempeño requerido con un margen demasiado grande, es ahí donde el
diseñador hace un ajuste para que su diseño no se encuentre sobredimensionado.
Los resultados preliminares correspondientes al diseño del pavimento en el
proyecto Virgen de Chapi se encuentran en la tabla 5.7 correspondientes a los datos de
entrada ingresados en este, además de una evaluación de desempeño bajo los parámetros
climáticos de la ciudad de Arequipa.
Tabla 5.7. Resultados preliminares de desempeño- Proyecto
Parámetros de análisis Desempeño
límite
Confiabilidad
(90%)
Aceptable
IRI Final in/mi (m/km) 250 (4) 146.52 (2.34) Sí
Agrietamiento longitudinal ft/mi
(m/km)
700 (133) 496.16
(94.27)
Sí
Agrietamiento por fatiga (%) 25 14.76 Sí
Agrietamiento transversal ft/mi
(m/km)
700 (133) 14.6 (2.77) Sí
Deformación permanente in (mm) 0.65 (16.5) 0.3645 (9.26) Sí
Deformación permanente capa
asfáltica in (mm)
0.25 (6) 0.0862 (2.19) Sí
Fuente: Elaboración propia.
67
Luego del análisis de los resultados preliminares, el diseñador debe elegir si este
será el diseño definitivo o si es que va a realizar algún tipo de modificación en su estructura
para que este diseño sea más rentable.
En el proyecto Virgen de Chapi, vemos que los valores de desempeño del diseño
del pavimento mediante la metodología AASHTO 93 cumplen con los establecidos como
desempeño límite, pero estos se encuentran muy por debajo de los valores límites, por lo
que se realizó una restructuración en los espesores de capa, los nuevos datos introducidos
en las propiedades del pavimento están comprendidas en la tabla 5.8.
Tabla 5.8. Propiedades del pavimento restructuradas- Proyecto
Descripción Datos de entrada
Gradación de
agregados
% acum 3/4“ 0
% acum 3/8” 20
% acum N°4 40
% acum N°200 5
Ligante
asfáltico
Grado superpave - (*)
Viscosidad (*)
Grado de penetración 60-70
Propiedades
del asfalto
Temperatura °F (°C) 70 (21)
Módulo de Poisson 0.35
Contenido efectivo (%) 5.4
Vacíos (%) 5
Unidades totales (pcf) 143
Espesores de
capa
Pavimento in (cm) 2 (5)
Base in (cm) 8 (20)
Subrasante in (cm) (**)
Fuente: Elaboración propia.
Nota (*). No se tiene dato de dichas propiedades, por lo tanto, no se tomaron en
cuenta para el cálculo de los valores de desempeño. (**). En el proyecto no se
considera esta capa estructural.
68
De acuerdo a la nueva estructuración en los espesores de capa del pavimento en el
proyecto se obtienen nuevos valores de desempeño los cuales están en la tabla 5.9.
Tabla 5.9. Resultados preliminares de desempeño- Proyecto
Parámetros de análisis Desempeño
límite
Confiabilidad
(90%)
Aceptable
IRI Final in/mi (m/km) 250 (4) 172.96 (2.77) Sí
Agrietamiento longitudinal ft/mi
(m/km)
700 (133) 566.17
(107.57)
Sí
Agrietamiento por fatiga (%) 25 16.5 Sí
Agrietamiento transversal ft/mi
(m/km)
700 (133) 14.6 (2.77) Sí
Deformación permanente in (mm) 0.65 (16.5) 0.5643
(14.33)
Sí
Deformación permanente capa
asfáltica in (mm)
0.25 (6) 0.1236 (3.14) Sí
Fuente: Elaboración propia.
Luego de ver que los valores de desempeño del pavimento con los nuevos espesores
de capa asumidos cumplen con los valores límites, se da conformidad de que este será
nuestro diseño final para la Av. Principal del proyecto: “Mejoramiento del servicio de
transitabilidad vehicular y peatonal en el AA. HH. Virgen de Chapi – Sector I, Distrito de
Cerro Colorado – Arequipa – Arequipa”, teniendo un espesor de capas estructurales del
pavimento optimizadas.
69
5.1.2. Resultados
En esta etapa ya se debe contar con el diseño óptimo, con buen desempeño y que
sea rentable para nuestro proyecto luego del análisis preliminar que se le hace. Ya con el
diseño final se puede interpretar las diferentes condiciones de desempeño del pavimento
diseñado, identificando que tipos de mantenimientos se le debe dar, para que, durante su
vida útil, el pavimento se desempeñe de la mejor manera.
Para el asfalto de la Avenida principal del proyecto: proyecto “Mejoramiento del
servicio de transitabilidad vehicular y peatonal en el AA. HH. Virgen de Chapi – Sector I,
Distrito de Cerro Colorado – Arequipa – Arequipa”, basado en el prototipo de modelo
climático para diseño de pavimentos flexibles se debe utilizar el paquete estructural de la
tabla 5.10.
Tabla 5.10. Capas estructurales - Proyecto
Capa estructural Espesor
(cm)
Espesor
(pulg)
Carpeta asfáltica 5.00 2.00
Base Granular 20.00 8.00
Fuente: Elaboración propia.
5.2.Verificación del prototipo de modelo climático.
Para verificar el prototipo de modelo climático lo que se hizo fue hacer varias
simulaciones sin la consideración de los distintos parámetros climáticos contenidos en el
Archivo, viendo la variación en los parámetros de desempeño del pavimento, dando así la
validación a los datos introducidos en el software MEPDG.
70
Para los parámetros climáticos de precipitación, humedad relativa, velocidad de
viento, porcentaje de cielo claro de los datos contenidos en el archivo climático fueron
cambiados por “0” para que no tengan influencia en el diseño del pavimento; para la
temperatura, todos los valores fueron cambiados por el valor de 50°F (10°C) considerando
que es una temperatura baja que no influenciará de manera significativa en el diseño; y en
cuanto a la radiación solar, todos los datos fueron cambiados por el valor del dato mínimo
de radiación solar dentro del archivo climático. La influencia de los parámetros climáticos
se puede ver en la tabla 5.11.
Tabla 5.11. Influencia de los parámetros climáticos en el Proyecto
Parámetro
climático
Parámetros de análisis Desempeño –
Diseño final
Sin P.
Climático
Influencia
(%)
Humedad
relativa
IRI Final in/mi (m/km) 172.96 (2.77) 172.96
(2.77)
0.00%
Agrietamiento
longitudinal ft/mi
(m/km)
566.17
(107.57)
566.17
(107.57)
0.00%
Agrietamiento por
fatiga (%)
16.5 16.32 -1.09%
Agrietamiento
transversal ft/mi
(m/km)
14.6 (2.77) 14.6 (2.77) 0.00%
Deformación
permanente in (mm)
0.5643 (14.33) 0.5639
(14.32)
-0.07%
Deformación
permanente capa
asfáltica in (mm)
0.1236 (3.14) 0.1235
(3.14)
-0.08%
Precipitación IRI Final in/mi (m/km) 172.96 (2.77) 172.96
(2.77)
0.00%
Agrietamiento
longitudinal ft/mi
(m/km)
566.17
(107.57)
566.17
(107.57)
0.00%
71
Agrietamiento por
fatiga (%)
16.5 16.02 -2.91%
Agrietamiento
transversal ft/mi
(m/km)
14.6 (2.77) 14.6 (2.77) 0.00%
Deformación
permanente in (mm)
0.5643 (14.33) 0.5598
(14.22)
-0.80%
Deformación
permanente capa
asfáltica in (mm)
0.1236 (3.14) 0.1234
(3.13)
-0.16%
Temperatura IRI Final in/mi (m/km) 172.96 (2.77) 168.43
(2.69)
-2.62%
Agrietamiento
longitudinal ft/mi
(m/km)
566.17
(107.57)
356.46
(67.73)
-37.04%
Agrietamiento por
fatiga (%)
16.5 10.63 -35.58%
Agrietamiento
transversal ft/mi
(m/km)
14.6 (2.77) 14.6 (2.77) 0.00%
Deformación
permanente in (mm)
0.5643 (14.33) 0.5086
(12.92)
-9.87%
Deformación
permanente capa
asfáltica in (mm)
0.1236 (3.14) 0.0946
(2.40)
-23.46%
Velocidad del
viento
IRI Final in/mi (m/km) 172.96 (2.77) 173.46
(2.78)
0.29%
Agrietamiento
longitudinal ft/mi
(m/km)
566.17
(107.57)
784.46
(149.05)
38.91%
Agrietamiento por
fatiga (%)
16.5 24.63 49.27%
Agrietamiento
transversal ft/mi
(m/km)
14.6 (2.77) 14.6 (2.77) 0.00%
Deformación
permanente in (mm)
0.5643 (14.33) 0.8632
(21.93)
52.97%
72
Deformación
permanente capa
asfáltica in (mm)
0.1236 (3.14) 0.1586
(4.03)
28.32%
Radiación
solar
IRI Final in/mi (m/km) 172.96 (2.77) 170.96
(2.74)
-1.16%
Agrietamiento
longitudinal ft/mi
(m/km)
566.17
(107.57)
498.63
(94.74)
-11.93%
Agrietamiento por
fatiga (%)
16.5 13.98 -15.27%
Agrietamiento
transversal ft/mi
(m/km)
14.6 (2.77) 14.6 (2.77) 0.00%
Deformación
permanente in (mm)
0.5643 (14.33) 0.5249
(13.33)
-6.98%
Deformación
permanente capa
asfáltica in (mm)
0.1236 (3.14) 0.1069
(2.72)
-13.51%
Porcentaje
de día claro.
IRI Final in/mi (m/km) 172.96 (2.77) 170.63
(2.73)
-1.35%
Agrietamiento
longitudinal ft/mi
(m/km)
566.17
(107.57)
482.17
(91.61)
-14.84%
Agrietamiento por
fatiga (%)
16.5 14.63 -11.33%
Agrietamiento
transversal ft/mi
(m/km)
14.6 (2.77) 14.6 (2.77) 0.00%
Deformación
permanente in (mm)
0.5643 (14.33) 0.4036
(10.25)
-28.48%
Deformación
permanente capa
asfáltica in (mm)
0.1236 (3.14) 0.1123
(2.85)
-9.14%
Fuente: Elaboración propia.
73
5.3. Discusión
Los resultandos obtenidos del diseño de pavimento flexible con la incorporación de
modelo climático en el proyecto Virgen de Chapi, cumplió con los parámetros de
desempeño, los resultados no fueron mayores a los límites para una confiabilidad del 90%.
Los resultados son bajos a comparación de los desempeños límites, esto se puede deber al
poco tránsito que se utilizó como datos de entrada. Pero se asumió un espesor menor en la
capa base de soporte estructural, la cual tuvo como resultado valores de desempeño dentro
del límite, optimizando así el diseño para el proyecto.
Se verifico el prototipo de modelo climático inhabilitando uno a uno la influencia
de los parámetros climáticos contenidos en el archivo importado en el software de diseño
MEPDG, donde se obtuvo resultados que demuestran que los parámetros climáticos
afectan en diferentes rangos a los valores de desempeño del pavimento durante su vida útil.
Se estimó la influencia de los parámetros climáticos en el proyecto propio de la
ciudad de Arequipa (ver tabla 5.11), donde se muestra que:
- La humedad relativa y la precipitación no fueron relevantes en la predicción de
los valores de desempeño para el Proyecto, esto se puede ser ya que la humedad
relativa durante el año es relativamente baja, a excepción de los meses enero,
febrero y marzo.
- La temperatura muestra gran influencia en los valores de desempeño, sobre todo
en agrietamiento longitudinal y por fatiga, esto puede ser debido a los cambios
bruscos de temperatura que ocurren en la ciudad de Arequipa.
74
- La velocidad del viento tuvo una influencia muy considerable en el agrietamiento
por fatiga y deformación permanente, además de influir de manera notoria en
agrietamiento longitudinal y deformación en capa asfáltica.
- La radiación solar tiene una influencia muy similar a la de la temperatura, solo
que a menor medida.
- El porcentaje de día claro tiene influencia en deformación permanente,
deformación permanente en capa asfáltica, agrietamiento longitudinal y
agrietamiento por fatiga, teniendo una relación de manera directa que a mayor
nubosidad los valores de desempeño se reducen.
75
CONCLUSIONES
A partir de los datos climáticos obtenidos de estaciones meteorológicas de la ciudad
de Arequipa se pudo adaptar un prototipo de modelo climático.
Los datos recolectados para el modelo climático provienen de www.ogimet.com la
cual brinda el servicio de información meteorológica en la red de manera pública,
fundamentalmente de la NOAA (National Oceanic and Atmosfheric
Administration) para su libre tratamiento; es así que se obtuvo los infromes
METAR correspondientes a la estación (SPQU) administrada por CORPAC.
También se obtuvo datos de los boletines mensuales del SENAMHI, siendo esta la
data disponible para la adaptación del modelo climático.
Se creó un archivo de modelo climático “Arequipa-PE.icm” con los parámetros y
requisitos solicitados por la guía MEPDG AASHTO 2008, que contiene porcentaje
de día claro, precipitación acumulada (mm), velocidad de viento (mph),
temperatura (°F), radiación solar (𝐵𝑢𝑡
𝑓𝑡2∗𝑑í𝑎 ), nivel freático (ft), humedad relativa (%),
salida y puesta de sol (hora decimal). El mismo que fue importado en el software
de diseño MEPDG para ejecutar el programa.
El archivo climático fue importado en el software de diseño para que el modelo
climático de la ciudad de Arequipa este contemplado en el diseño de pavimentos
flexibles en el software MEPDG; así este pueda ejecutarse y dar como resultado los
valores de desempeño de la carretera bajo el modelo climático.
76
Como resultado de diseño de pavimento flexible con la incorporación de modelo
climático en el proyecto, se verifico que el diseño propuesto cumple con los valores
de desempeño durante su vida útil, pero se obtuvo una optimización en la estructura
del mismo, reduciendo el espesor de la capa base de soporte estructural, cumpliendo
con los valores de desempeño del pavimento durante su vida útil.
Se verifico el prototipo de modelo climático inhabilitando uno a uno la influencia
de los parámetros climáticos contenidos en el archivo importado en el software de
diseño MEPDG, donde se obtuvo resultados que demuestran que los parámetros
climáticos afectan directamente en los valores de desempeño del pavimento durante
su vida útil.
77
RECOMENDACIONES
Se necesita que en el país se promueva las nuevas metodologías de diseño para
pavimentos, como es la guía MEPDG AASHTO 2008, para que así se logre realizar
una calibración y adaptación de esta guía a nivel nacional, para que nuestros
proyectos viales cumplan con un buen desempeño durante su vida útil.
La enseñanza de la guía MEPDG AASHTO 2008 se debe implementar en las
universidades del país, para que estas tengan como punto de inicio investigaciones
que calibren y adapten esta guía a las condiciones de nuestro país. Las
universidades también pueden pedir de manera gratuita la licencia del software
MEPDG (AASHTOWARE) con fines pedagógicos.
En caso de querer implementar el modelo climático en diferentes regiones del país
se debe hacer un estudio previo para ver si las estaciones meteorológicas cumplen
con la toma de frecuencia requerida para la elaboración del archivo climático, ya
que en Perú son solo 10 estaciones meteorológicas son las que cumplen con la
frecuencia requerida por la guía MEPDG AASHTO 2008.
Para el desarrollo de esta tesina de investigación se utilizó un periodo de datos de
2 años (periodo mínimo), si se quiere tener mayor precisión en el modelo climático
y si se cuenta con los datos necesarios según los requerimientos de la guía MEPDG
se sugiere tener un periodo mayor al mínimo requerido por la guía.
78
Para el diseño de pavimentos mediante el software MEPDG se recomienda realizar
estudios previos de tránsito propios de cada proyecto en específico, pues estos datos
influyen directamente y considerablemente en el desempeño del pavimento.
En futuras investigaciones se recomienda automatizar el proceso de estructuración
de los archivos climáticos, para así generar una base de datos correspondiente a las
regiones naturales de nuestro país.
79
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Pregrado). Universidad privada de Tacna.
85
ANEXO 01
ESTACIONES METEOROLÓGICAS – CORPAC S.A.
86
87
ANEXO 02
RECOLECCIÓN DE DATOS CLIMÁTICOS – OGIMET
Al momento de ingresar a la página web de OGIMET, nos aparecerá la pantalla
de inicio que se puede apreciar en la figura 22. En el margen izquierdo se puede leer Partes
sin codificar, donde se dará clic a la opción Metar/Taf.
Figura 22. Página principal de OGIMET. Fuente: https://www.ogimet.com/
Luego de darle clic a la opción de Metar/Taf, nos abrirá una nueva pantalla con
menú de búsqueda (Ver Figura 23) en la cual se tienen que introducir información necesaria
para la extracción de los datos. La información que se debe introducir en el menú de
búsqueda es:
88
Lugar o lugares: se debe introducir el indicativo OACI de la estación meteorológica
u observatorio que quiera buscar. Para el desarrollo de esta tesina se requirió de la
data proveniente de la estación meteorológica del aeropuerto Rodríguez Ballón, la
cual tiene como indicativo “SPQU”.
Tipo: se introduce el tipo de mensaje que se quiere consultar bajo la siguiente
codificación:
TODOS – Si el tipo del mensaje consultado es METAR, SPECI y TAF.
SA - si el mensaje requerido es METAR y SPECI.
SP – solo SPECI
FC – solo TAF corto (9h de validez)
FT – solo TAF largo (18 a 24h de validez)
Para el desarrollo de la tesina se introdujo la codificación SA.
Orden: se elige el orden de presentación, se escogió “Antiguo Primero”.
Partes NIL: se selecciona si se quiere incluir los mensajes tipo NIL. Se colocó que
si se deseaban incluir.
Formato: en esta se selecciona el formato en el que se entregará los datos. Se optó
por formato “TXT”.
Periodo: se introduce las fechas del periodo de consulta. La página web de
OGIMET solo permite realizar como periodo máximo búsquedas con un periodo
no mayor a un mes, por lo que se extrajo la data mes a mes del periodo dispuesto
para la realización del Archivo Climático.
89
Para la obtención de los datos provenientes de los informes METAR, se introdujo
la información como se puede apreciar en la figura 24 variando solo los periodos de tiempo
mes a mes por el periodo de 24 meses ya determinado para la realización del Archivo
climático.
Figura 23. Menú de búsqueda de información METAR. Fuente:
https://www.ogimet.com/
Figura 24. Ingreso de información para la búsqueda de la data que se quiere obtener.
Fuente: https://www.ogimet.com/
Posteriormente al ingreso de la información requerida por el menú de búsqueda
se da clic a la opción ver, la cual nos da como resultado los datos horarios provenientes de
90
los informes METAR durante el periodo elegido en formato TXT como se puede ver en la
figura 25, que será copiado en un Bloc de notas para luego ser usados. Este procedimiento
se repitió para todos los meses que se están considerando en el periodo de estudio que
comprenderá el Archivo Climático.
Figura 25. Data obtenida en formato METAR. Fuente: https://www.ogimet.com/
91
ANEXO 03
ALMACENAMIENTO E INTERPRETACIÓN DE PRÁMETROS CLIMÁTICOS
92
93
ANEXO 04
ESTUDIO DE TRANSITO AV. PRINCIPAL AA.HH. VIRGEN DE CHAPI
PICK
UP
RURA
L
Comb
i2 E
>=3 E
2 E v
olqu
ete
6m3
3 E v
olqu
ete
15m3
4 E2S
1/2S2
2S3
3S1/3
S2>=
3S3
2T2
2T3
3T2
>=3T
3
TOTA
L
LUNE
S10
14
3414
50
035
60
00
00
00
00
325
MART
ES34
354
164
00
317
00
00
00
00
029
3
MIÉR
COLE
S34
355
162
00
3211
00
00
00
00
029
7
JUEV
ES80
031
158
00
3311
00
00
00
00
031
3
VIERN
ES70
1047
177
00
3211
00
00
00
00
034
7
SÁBA
DO42
254
151
00
267
00
00
00
00
028
2
DOMI
NGO
244
2065
00
22
10
00
00
00
011
8
TOTA
L38
526
295
1022
00
191
551
00
00
00
00
1975
IMDs
554
4314
60
028
81
00
00
00
00
285
Distri
bució
n %0.1
90.0
10.1
50.5
10.0
00.0
00.1
00.0
30.0
00.0
00.0
00.0
00.0
00.0
00.0
00.0
00.0
01
DIST
RIBUC
IÓN
DE VE
HÍCU
LOS
SEM
I TRA
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TRAY
LER
AUTO
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CAM
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94
2 E
>=
3 E
2 E
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lqu
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6m
3
3 E
vo
lqu
ete
15m
34 E
2S
1/2
S2
2S
33S
1/3
S2
>=
3S
32T
22T
33T
2>
=3T
3
TOTA
L
LUN
ES0
035
60
00
00
00
00
41
MA
RTE
S0
031
70
00
00
00
00
38
MIÉ
RC
OLE
S0
032
110
00
00
00
00
43
JUEV
ES0
033
110
00
00
00
00
44
VIE
RN
ES0
032
110
00
00
00
00
43
SÁB
AD
O0
026
70
00
00
00
00
33
DO
MIN
GO
00
22
10
00
00
00
05
TOTA
L0
019
110
61
00
00
00
00
298
IMD
s0
028
81
00
00
00
00
37
Dis
trib
ució
n %
0%0%
76%
22%
3%0%
0%0%
0%0%
0%0%
0%1
Cla
sif.
FH
WA
CLA
SE 5
CLA
SE 6
CLA
SE 7
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LASE
10
CLA
SE 1
2
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t. F
HW
A %
76%
22%
3%0%
0%
CLA
SE 4
CLA
SE 8
CLA
SE 1
1
0%0%
0%
BU
SC
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RA
YL
ER
TR
AY
LE
R
DIS
TRIB
UC
IÓN
DE
VEH
ICU
LOS
FHW
A
95
1 automóvil = 0.00030 EALF
1 camión 3E = 2.59809 EALF
2.59809 - 1
0.00030 - X
1 automóvil = 0.00250 EALF
1 camión 3E = 2.59809 EALF
2.59809 - 1
0.00250 - X
1 automóvil = 0.00322 EALF
1 camión 3E = 2.59809 EALF
2.59809 - 1
0.00322 - X
1 automóvil = 0.12192 EALF
1 camión 3E = 2.59809 EALF
2.59809 - 1
0.12192 - X
COMBI RURAL
X = 0.001239
1 combi rural equivale a 0.001239 camión 3E
MICROBÚS
X = 0.046927
1 microbús equivale a 0.046927 camión 3E
AUTOMÓVILES
X = 0.000115
1 autmóvil equivale a 0.000115 camión 3E
CAMIONETA PICK UP
X = 0.000962
1 autmóvil equivale a 0.000962 camioneta pick up
96
LUN
ESM
AR
TES
MIE
RC
OLE
SJU
EVES
VIE
RN
ESSÁ
BA
DO
DO
MIN
GO
00
00
00
00
%
00
00
00
00
%
17
15
17
19
18
22
65
%
53
54
52
73
48
52
18
15
%
48
54
56
10
24
76
02
31
7%
47
40
40
92
52
31
14
14
%
49
31
27
88
38
30
14
12
%
33
39
38
74
40
35
20
12
%
34
34
41
68
46
32
14
12
%
34
26
25
71
47
20
91
0%
11
01
36
11
00
3%
00
03
00
00
%
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DIA
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14
- 1
6
16
- 1
8
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0
20
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2
22
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4
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6
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- 0
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- 1
0
1O
- 1
2
,12
- 1
4
00
- 0
2
O2
- O
4
HO
RA
97
ANEXO 05
INFORME TÉCNICO
DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE ASFÁLTICO
98
99
100