PROTOTIPO DE MODELO CLIMÁTICO (INTEGRATED CLIMATE …

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:


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:


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

4

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:

7

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.

11

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


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


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 (*)


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).

https://www.ogimet.com/

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/

https://www.sunrise-and-sunset.com/es

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


Diario Estación

meteorológica La

Pampilla

(SENAMHI –

Boletines

mensuales)


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

http://www.ogimet.com/

http://www.sunrise-and-sunset.com/es

http://www.sunrise-and-sunset.com/es

http://www.woespana.es/

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


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


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


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


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.


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).


44

4.4.3. Análisis humedad relativa en Arequipa.


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.


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





46

Figura 11. Gráfica porcentaje de nubosidad en la ciudad de Arequipa. Fuente:


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.


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




Figura 12. Gráfica Temperatura promedio mensual en la ciudad de Arequipa.


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.


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





Figura 13. Gráfica Velocidad del viento en la ciudad de Arequipa. Fuente:


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.


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)


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:


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


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:


Tabla 4.9. Datos diarios en el archivo Arequipa-PE.icm correspondientes al día

25/08/2019


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


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:


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


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 (*)


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:


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


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)


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


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)


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


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


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


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) - (**)


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


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


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


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) (**)


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


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


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


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


(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


(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.


(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%


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.


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.

http://www.ogimet.com/

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.


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.

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:


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

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

YLER

TRAY

LER

AUTO

CAM

IONE

TAS

MIC

RO

(CUS

TER)

BUS

CAM

ION

94

2 E

>=

3 E

2 E

vo

lqu

ete

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

C

LASE

10

CLA

SE 1

2

Dis

t. F

HW

A %

76%

22%

3%0%

0%

CLA

SE 4

CLA

SE 8

CLA

SE 1

1

0%0%

0%

BU

SC

AM

ION

SE

MI T

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



2.59809 - 1

0.00250 - X



2.59809 - 1

0.00322 - X



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

%

DIS

TRIB

UC

IÓN

DIA

RIA

% H

OR

AR

IO

14

- 1

6

16

- 1

8

18

- 2

0

20

- 2

2

22

- 2

4

O4

- O

6

O6

- 0

8

O8

- 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

PROTOTIPO DE MODELO CLIMÁTICO (INTEGRATED CLIMATE …

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