INVIAS - Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos Para Vías Con Bajos Volúmenes de Tránsito 2007

7/21/2019 INVIAS - Manual de Diseo de Pavimentos Asflticos Para Vas Con Bajos Volmenes de Trnsito 2007

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REPBLICA DE COLOMBIA

MINISTERIO DE TRANSPORTEINSTITUTO NACIONAL DE VASSUBDIRECCIN DE APOY O TCNICO

MANUAL DE DISEO DE PAVIMENTOS ASFLTICOS PARAVAS CON BAJOS VOLMENES DE TRNSITO

ABRIL DE 2007


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REPBLICA DE COLOMBIA

ALVARO URIBE VELEZPresidente de la Repblica

ANDRES URIEL GALLEGO HENAO

Ministro de Transporte

DANIEL ANDRES GARCIA ARIZABALETADirector General - Instituto Nacional de Vas

JUAN GABRIEL BERON ZEASecretario General Tcnico Instituto Nacional de Vas

ALFONSO MONTEJO FONSECASubdirector de Apoyo Tcnico (E) Instituto Nacional de Vas

ALFONSO MONTEJO FONSECASupervisor

EL ALCAZAR LIMITADAConsultor

Grupo de trabajo del Consultor

Alfonso Murgueitio Valencia - Director del EstudioJulia Eugenia Ruiz Estrada - Coordinadora GeneralEfran de Jess Solano Fajardo - EspecialistaLuz Eneida Botina Muoz - EspecialistaCarlos Ignacio Paz Achipiz - EspecialistaCarlos Arboleda Velez - EspecialistaNelson Rivas Muoz - Especialista

ABRIL DE 2007


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MANUAL DE DISEO DE PAVIMENTOS ASFLTICOS PARA VAS CONBAJOS VOLUMENES DE TRNSITO

CONTENIDO

Pg.CAPTULO 1. GENERALIDADES1.1 mbito de aplicacin 51.2 Mtodo de diseo y periodo de diseo estructural 6

CAPTULO 2. EL TRNSITO2.1 Niveles de trnsito 72.2 Componentes del trnsito 72.3 Determinacin de la composicin del trnsito cuando no existe serie histrica 82.4 Determinacin de la tasa de crecimiento del trnsito cuando no existe serie

histrica 92.5 Determinacin del nivel de confianza en la proyeccin del trnsito 92.6 Conversin de vehculos a ejes equivalentes de 80 kN. Factor de Dao por tipo

de vehculo 112.7 Trnsito en el carril de diseo en funcin del ancho de la calzada. Factor

Direccional 112.8 Recopilacin de informacin 132.9 Trnsito acumulado en ejes de 80 kN en el carril de diseo durante el perodo de

diseo 132.9.1 Pronstico de la componente de trnsito normal 132.9.1.1 Caso 1. Cuando existe serie histrica del trnsito. Ejemplo 142.9.1.2 Caso 2. No existe serie histrica del trnsito. Ejemplo 25

2.9.2 Pronstico de la componente del trnsito atrado 292.9.3 Pronstico de la componente del trnsito generado. Ejemplo 30

CAPTULO 3. EL CLIMA3.1 Generalidades 343.2 Tipo y localizacin de las estaciones metereolgicas del IDEAM 353.3 Categora del clima por humedad con base en el ndice de Thornthwite 383.3.1 Clculo de la Evapotranspiracin Potencial (ETP) 403.3.2 Clculo del Exceso (EXC) y del Dficit (DEF) 413.3.3 Ejemplo de determinacin de la categora del clima por humedad con base en el

ndice de Thornthwite 423.4 Categora del clima por temperatura 49

3.4.1 Criterio de evaluacin 493.4.2 Ejemplo de determinacin de la categora del clima por temperatura 49

CAPTULO 4. ESTUDIO DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE DE LA SUBRASANTE4.1 Introduccin 514.2 Criterios generales para la interaccin entre el proyecto geomtrico y el diseo del

pavimento cuando se trata de la rectificacin y pavimentacin de vas 524.3 Metodologa para la identificacin de Segmentos homogneos 54


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4.3.1 Identificacin de Sectores 544.3.2 Identificacin de Tramos 554.3.3 Identificacin de Segmentos homogneos 554.4 Determinacin de la capacidad de soporte de la subrasante de un Segmento

homogneo. Eventual divisin en dos o ms Unidades definitivas de diseo 56

4.4.1 Anlisis de un Segmento A 564.4.2 Anlisis de un Segmento B 704.4.3 Anlisis de un Segmento C 714.5 Tratamiento de casos especiales 724.5.1 Subrasante constituida por suelos expansivos 724.5.2 Subrasante constituida por suelos blandos 724.6 Categoras de subrasante 73

CAPTULO 5. DISEO DE LA ESTRUCTURA5.1 Alternativas estructurales 745.2 Parmetros generales de diseo 775.2.1 Algoritmo de diseo del mtodo AASHTO-93 77

5.2.2 Confiabilidad 785.2.3 Coeficientes estructurales 785.2.4 Coeficientes de drenaje de las capas granulares no tratadas 785.3 Especificaciones de construccin y normas de ensayo 785.4 Criterio de seleccin de la alternativa ms favorable 805.5 Otras opciones de solucin 80

CAPTULO 6. RECOMENDACIONES PARA LA SELECCIN DE LOS ELEMENTOSDE DRENAJE SUPERFICIAL Y SUBTERRNEO REQUERIDOS PORLA VA

6.1 Introduccin 816.2 Diseo de cunetas 81

6.2.1 Estudio hidrolgico de la zona del proyecto. Elaboracin de la familia de curvasIntensidad-Duracin-Frecuencia (I-D-F) 816.2.2 Seleccin del diseo (forma y dimensiones) de las cunetas y determinacin de su

longitud mxima 886.2.2.1 Cunetas revestidas en concreto 886.2.2.2 Cunetas sin revestir (cunetas en tierra) 916.3 Alcantarillas 976.4 Aliviaderos 986.5 Subdrenes 98

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 100Anexo. CD con el Programa de computador PAV-NT1


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MANUAL DE DISEO DE PAVIMENTOS ASFLTICOS PARA VAS CONBAJOS VOLUMENES DE TRNSITO

CAPTULO 1. GENERALIDADES

1.1 mbito de aplicacin

El manejo eficiente de los recursos con que cuentan los departamentos y municipios parala adecuacin de la red de carreteras a su cargo y la necesidad de que las vas terciariasy secundarias vayan fortaleciendo la estructura de la red nacional, promoviendo laintegracin del pas, favoreciendo las regiones y reduciendo los costos de transporte delos productos agrcolas hacia los centros de consumo, llevarn a muchasadministraciones territoriales a considerar la pavimentacin de aquellos tramos decarretera que se muestren ms prometedores para sus regiones, desde los puntos de

vista econmico, social, poltico y estratgico. En este aspecto debe tenerse en cuentaque el mal estado de las vas de acceso es un serio problema de los pequeosmunicipios, apremio solo superado por el desempleo, la falta de agua potable y lasestrecheces presupuestales y considerado ms relevante que las carencias de otrosservicios pblicos, la seguridad, la educacin y la salud.(1)

La ley ha fijado al Instituto Nacional de Vas la responsabilidad de apoyar a los entesterritoriales tanto en los aspectos de organizacin de sus agencias viales, como en los detransferencia de tecnologa. En cumplimiento de este ltimo principio, se ha preparado elpresente Manual en el cual se ofrecen recomendaciones en relacin con el diseo depavimentos para vas rurales con escasos volmenes de trnsito pesado, a partir deinformacin bsica que resulte accesible a las frecuentemente reducidas posibilidades de

los entes viales de los organismos territoriales.(1)

Tales especificaciones se encuentran enel programa de apoyo para la aplicacin del presente Manual denominado PAV-NT1.

El Instituto Nacional de Vas pretende que el Manual no se limite a ser una simple guapara la determinacin de espesores y, por tal motivo, incluye las especificacionesrequeridas para la construccin y el mantenimiento rutinario de los pavimentos asflticosen vas con bajos volmenes de trnsito.(1)

Tambin, como lo indica su nombre, el Manual se circunscribe al dimensionamiento depavimentos asflticos, lo que implica la omisin del anlisis de soluciones con base enpavimentos de concreto, sin que ello signifique que stos no puedan constituirse enalternativas factibles bajo determinadas circunstancias. As mismo, su mbito de

aplicacin se reduce a las vas rurales, lo que excluye su utilizacin para vas de otrandole, como las de las explotaciones mineras a cielo abierto, por las cuales circulanvehculos en nmero escaso pero con magnitudes de carga excepcionales, al igual quelas vas de trnsito urbano, estacionamientos o reas residenciales, cuya funcionalidadespecfica exige otro tipo de consideraciones para su diseo.(1)


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1.2 Mtodo de diseo y perodo de diseo estructural

Para el diseo de las estructuras de pavimento que se deriven del uso de ste Manual seha utilizado el mtodo AASHTO. El algoritmo bsico corresponde a la versin del ao1993 y aunque la Gua AASHTO del ao 2002 an se encuentra en discusin, se han

tomado de sta algunos criterios y correlaciones que se han considerado particularmentetiles dado el nivel de detalle requerido por el diseo de los pavimentos asflticos de lascarreteras a las cuales va dirigido ste Manual.

El perodo de diseo puede ser definido como el lapso transcurrido desde que se entregaal servicio la estructura, hasta que los deterioros producidos por el trnsito y los agentesambientales normales hacen que la va pierda su funcionalidad. Conviene recordar que ala luz del conocimiento actual, el diseo de un pavimento constituye un complejoproblema fsico-mecnico donde se interrelacionan variables tan diversas como lasasociadas al ambiente, la geometra de las calzadas, las cargas del trnsito, los suelos desoporte, los materiales de construccin y la calidad de la construccin y delmantenimiento.(1)

En consecuencia, de la tradicional definicin de una seccin estructural inicial para unperodo de diseo fijo, establecido de manera ms o menos arbitraria, se ha pasado a laconcepcin de estrategias a mediano plazo, es decir, diseos optimizados que incluyen yanalizan no slo la construccin inicial, sino tambin la mejor combinacin de materiales,polticas de construccin y mantenimiento rutinario, ciclos de refuerzo y rehabilitacin ycostos inherentes a los usuarios. El manejo de estas funciones involucran la operacin denumerosas variables que en la prctica se ven acotadas por las limitaciones impuestaspor los proyectistas y, principalmente, por los fondos disponibles, aspecto este ltimo departicular importancia en las carreteras objeto del presente Manual. El diseador seencuentra, entonces, ante la posibilidad de seleccionar diseos iniciales muy dbiles quereclaman varios ciclos de refuerzo y pavimentos robustos que prcticamente no requieren

ningn refuerzo durante un perodo prolongado. As, el que pudiera denominarse diseointegral de un pavimento, suele implicar la consideracin de varios ciclos en los que elsistema es repetidamente analizado. El primero de estos ciclos es el que se define en elpresente Manual como Perodo de diseo estructural.(1)

Dado el bajo nivel de trnsito de las vas que caen dentro del mbito de ste Manual yconsiderando las limitaciones de tipo operativo con que probablemente desarrollen sumisin las entidades encargadas de su construccin y su mantenimiento, se haconsiderado prudente adoptar un periodo de diseo estructural de diez (10) aos.

El planificador, el administrador y el ingeniero encargado del mantenimiento debernanalizar, con el transcurso del tiempo y a la luz de la evolucin del trnsito y del

comportamiento del pavimento, as como del desarrollo tecnolgico, diferentes estrategiasde refuerzo para prolongar la vida til de las calzadas y preservar el patrimonio vial bajosu custodia.(1)


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CAPTULO 2. EL TRNSITO

2.1 Niveles de trnsito

Los mtodos usuales para el diseo de pavimentos asflticos consideran esta variable entrminos de repeticiones de ejes de 80 kN en el carril de diseo, cuya valoracin concierto grado de confiabilidad exige un conocimiento ms o menos preciso de la magnitudde las cargas pesadas circulantes, a efectos de establecer su respectiva equivalencia conel eje patrn de diseo.

En el presente Manual se clasifica el trnsito de diseo en 2 niveles, en funcin delnmero de ejes equivalentes de 80 kN previstos durante el perodo de diseo en el carrilde diseo. En la Tabla 2.1 se indican las categoras de trnsito adoptadas.

Tabla 2.1. Niveles de trnsito

Nivel detrnsito

Nmero de ejes equivalentes de 80 kNdurante el perodo de diseo en el carril de

diseoT1 < 150.000

T2 150.000 - 500.000

Tomando en consideracin que el lmite de trnsito para aplicar el presente Manual es500.000 ejes equivalentes de 80 kN en el carril de diseo durante el perodo de diseo, sien la va en estudio se prev un trnsito mayor, ser necesario el empleo de los criteriosestablecidos en el Manual de diseo de pavimentos asflticos en vas con medios y altosvolmenes de trnsito del Instituto Nacional de Vas.

2.2 Componentes del trnsito

Para cuantificar adecuadamente los volmenes de trnsito en un proyecto vial se divideen tres componentes:(2)

- Trnsito NormalEs el que se produce en la zona de influencia del proyecto comoconsecuencia de la evolucin previsible de sus parmetros caractersticos y coincide,por tanto, con el que circular por la red si no se realizara el proyecto. Estacomponente se determina a travs del anlisis de la serie histrica de trnsito, si estaexiste, o de un conteo vehicular.

- Trnsito atrado Es el que utilizar el proyecto, por las ventajas o beneficios queofrece, y hoy hace uso de otra infraestructura. Esta componente se determina atravs de encuestas de preferencia a usuarios y modelos de seleccin modal o deruta.

- Trnsito generado Es el que se origina por el proyecto mismo, debido a mejorescondiciones de oferta. Generalmente se refiere al trnsito nuevo por efecto del


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desarrollo del rea de influencia. Esta componente se determina a travs del anlisissocio-econmico.

En una carretera se debe determinar cuales de las tres componentes se van presentaruna vez se inicie la operacin del proyecto.

Se pueden presentar muchas combinaciones, que se pueden asimilar a una de lassiguientes situaciones.

- Situacin 1:Proyecto de mejoramiento (pavimentacin) en zona con alto potencial dedesarrollo econmico. Para esta situacin se podra esperar la presencia de las trescomponentes.

- Situacin 2: Proyecto de mejoramiento (pavimentacin) en zona con bajo potencial dedesarrollo econmico. Para esta situacin se podra esperar la presencia de trnsitonormal y atrado.

- Situacin 3: Proyecto nuevo en zona con alto potencial de desarrollo econmico. Enesta situacin las componentes que se podran dar en el trnsito son la de trnsitoatrado y la del generado.

- Situacin 4: Proyecto nuevo en zona con bajo potencial de desarrollo econmico. Enesta situacin las componentes que se podran dar en el trnsito son la de trnsitoatrado.

Dada la naturaleza de cada proyecto se deber establecer cuales componentes detrnsito se debern cuantificar, utilizando para ello, procedimientos o recomendacionesque se indican ms adelante en este Captulo.

2.3 Determinacin de la composicin del trnsito cuando no existe seriehistrica

En los estudios de volmenes de trnsito es necesario conocer la composicin de losdistintos tipos de vehculos. La composicin vehicular se mide en trminos de porcentajessobre el volumen total. Por ejemplo, porcentaje de automviles, de autobuses y decamiones.(4)

En caso de no disponer de datos de composicin del trnsito, se puede utilizar lainformacin registrada en la Tabla 2.2, obtenida del anlisis de las series histricas delInstituto Nacional de Vas, que representa la composicin promedio registrada en las vas

de bajo trnsito con estacin de conteo. El anlisis involucr el perodo 1996 a 2005.


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Tabla 2.2. Composicin vehicular tpica

Distribucin PromedioTPD

A B C2p C2g C3-C4 C5 >C5

180 74.4 9.1 12.2 4.1 0.1 0.0 0.0

300 61.7 8.4 13.0 14.3 2.2 0.3 0.1410 56.0 12.0 14.1 16.6 1.2 0.1 0.0

Fuente: Elaboracin propia con base en los conteos de INVIAS .

2.4 Determinacin de la tasa de crecimiento del trnsito cuando no existe seriehistrica

En caso de no disponer de la serie histrica, para realizar el pronstico del trnsito futurose puede establecer la tasa de crecimiento, con base en las dos opciones siguientes:

a. Patrn de crecimiento del trnsito registrado en estaciones de conteo vehicular

localizadas en la regin.

Como punto de referencia se calculan las tasas de crecimiento de los volmenesvehiculares de entrada y salida de la regin.

Para establecer la tendencia del crecimiento del trnsito, se consideran y comparanvariaciones del TPD total y variaciones individuales de los volmenes de cada categoravehicular, utilizando diferentes tipos de regresin estadstica (lineal, logartmica, potencial,exponencial).

b. Tasas de crecimiento promedio del trnsito, registradas en carreteras decondiciones similares que posean estacin de conteo del INV

Se puede utilizar la informacin registrada en la Tabla 2.3, obtenida del anlisis de lasseries histricas del Instituto Nacional de Vas, en las carreteras con bajos volmenes detrnsito durante el perodo 1996 a 2005

Tabla 2.3. Tasas promedio de crecimiento del trnsito

Nivel de trnsito Tasa de crecimientoT1 2.0T2 3.0

Fuente: Elaboracin propia con base en los conteos de INVIAS .

2.5 Determinacin del nivel de confianza en la proyeccin del trnsito

El Mtodo AASHTO-93 utilizado para el diseo de las estructuras consideradas en elpresente Manual considera en su algoritmo una confiabilidad en el diseo definida por elproyectista. Tal confiabilidad involucra las incertidumbres por la estimacin del trnsito ypor el comportamiento de la estructura. El Manual, y el Programa PAV-NT1 de apoyo para


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su aplicacin, determinan el Nmero Estructural requerido, considerando endgenamentesolo la incertidumbre por comportamiento. En consecuencia el proyectista deberconsiderar en el clculo del nmero de ejes equivalentes de 80 kN para el diseo, el nivelde confiabilidad que considere pertinente.

Se pueden presentar dos casos:

Caso 1:Existe la serie histrica del trnsito

En este caso el modelo estadstico que se adopte, a travs de los errores estndar delmodelo y de prediccin para cada uno de los aos del perodo de diseo, considerar laconfiabilidad indicada por el proyectista. El Programa PAV-NT1 constituye una eficazherramienta para la realizacin de estos clculos. En el numeral 2.9.1.1 de este captulose explica en detalle la metodologa.

Caso 2:No existe serie histrica de trnsito

El Mtodo AASHTO-93 considera que las diferencias entre el trnsito estimado para eldiseo y el trnsito que realmente soporta la va presenta una distribucin normal con unadesviacin estndar, en pavimentos asflticos, de 05.0= .

Por lo tanto se establece que:

( )ZrDiseokNDiseokN NN = 10' 8080

donde:

DiseokNN 80' : Nmero de ejes de 80 kN a introducir en el algoritmo de diseo del mtodo

AASHTO-93.

DiseokNN80 : Nmero de ejes de 80 kN estimados antes de considerar el nivel de

confianza.

: Desviacin estndar de la curva normal que representa las diferenciasentre el trnsito estimado y el trnsito real.

05.0= para pavimentos asflticos

Zr : Parmetro Zrasociado a la distribucin normal estndar. En la Tabla 2.6del numeral 2.9.1.1 se indica el valor de Zr para diferentes niveles deconfianza.


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2.6 Conversin de vehculos a ejes equivalentes de 80 kN. Factores de dao portipo de vehculo.

Los factores de dao se indican en la Tabla 2.4, y sern los que se debern aplicar paracalcular los ejes equivalentes de 80 kN.

Los Factores de Dao (FD) indicados son el resultado del anlisis de las cargas por eje deaproximadamente trescientos mil vehculos evaluados en los operativos de pesajerealizados por el INV en las vas a su cargo durante el perodo 2000-2006.

Tabla 2.4. Factor dao por tipo de vehculo

Factor de dao (FD)Tipo de vehculo

Vaco Cargado

Autos 0.0

Bus grande 1.0C2p 0.01 1.01C2g 0.08 2.72

C3-C4 0.24 3.72C5 0.25 4.88

> C5 0.26 5.23Fuente: Elaboracin propia con base en informacin del InstitutoNacional de Vas

En la Figura 2.1 se puede observar el esquema de los vehculos evaluados.

2.7 Trnsito en el carril de diseo en funcin del ancho de la calzada. Factordireccional (Fd)

La mayora de los mtodos de dimensionamiento de pavimentos asflticos slo tienen encuenta el trnsito que circula por un carril, llamado carril de diseo, y el presente mtodono es la excepcin. Sin embargo, es preciso considerar las peculiaridades de las vaspara las cuales se va a utilizar. Por ello, si la calzada va a tener menos de cinco (5)metros de ancho, se deber considerar en el clculo todo el trnsito esperado en los dossentidos, pues salvo en el momento en que se crucen, los vehculos circularn centradosy tendern a producir una sola zona de canalizacin. Si la calzada va a tener seis (6)metros o ms, se considerar como trnsito de diseo la mitad del total, y si el ancho esigual o mayor de cinco (5) metros y menos de seis (6) metros, se tomar el 75% del total.

En la Tabla 2.5 se indica el Factor Direccional (Fd) por adoptar para el diseo segn elancho de la calzada.


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Figura 2.1. Esquema de clasificacin de vehculos (3)


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Tabla 2.5. Trnsito por adoptar para el diseo segn el ancho de la calzadaFactor Direccional (Fd)

Ancho de la calzada Trnsito de diseo Fd

Menos de 5 m Total en los dos sentidos 1.0

Igual o mayor de 5 m y menor de 6 m 3/4 del total en los dos sentidos 0.75Igual o mayor de 6 m 1/2 del total en los dos sentidos 0.50

2.8 Recopilacin de informacin

Comprende esta actividad la creacin de un expediente descriptivo con los antecedentes,estadsticas y modelos que se puedan obtener de fuentes secundarias. Entre ellos setiene:

- Serie histrica de trnsito.

- Estadsticas de peajes en la regin.- Resultados de pesajes en la va o en la regin.

- Revisin y anlisis de proyectos de consultara realizados en el eje vial.

- Estadsticas de accidentalidad.

- Estadsticas socio-econmicas.

- Otra informacin de inters, recopilada en diferentes fuentes.

2.9 Trnsito acumulado en ejes equivalentes de 80 kN, en el carril de diseo

durante el perodo de diseo2.9.1 Pronstico de la componente de trnsito normal

Para la determinacin del trnsito normal durante el perodo de diseo se puedenpresentar dos alternativas:

- Caso 1: Cuando existe en el tramo de va una estacin de conteo con serie histricade trnsito.

El Instituto Nacional de Vas tiene asignada una estacin de conteo vehicular controladapara cada tramo de va a su cargo. En cada estacin de conteo anualmente se

contabilizan la cantidad de vehculos que circulan durante una semana, discriminados porhora y por grupo vehicular.

- Caso 2: Cuando en el tramo analizado no se tiene informacin de la historia deltrnsito. Este caso corresponde generalmente a vas a cargo de Entidades diferentesal INV.


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2.9.1.1 Caso 1. Cuando existe serie histrica de trnsito. Ejemplo

Este caso se tiene en cuenta cuando en el tramo de va analizado se encuentra unaestacin de conteo de trnsito controlada, la cual posea, por lo menos, informacincontinua de cinco aos.

Tambin se podr tener en cuenta este caso cuando en el tramo de va no se tieneestacin de conteo controlada pero existe una va de similares condiciones de trfico quecuenta con serie histrica de trnsito cuya informacin pueda ser asumida para el tramode va en estudio.

El procedimiento a seguir para la determinacin del trnsito normal es el descrito acontinuacin.

1. Identificacin de la serie histrica del trnsito en la estacin de conteo seleccionada.

2. Conversin de la serie histrica del trnsito a ejes equivalentes de 80 kN

Para la conversin de TPDS a ejes equivalentes, se debe contar con los factores deequivalencia histricos de carga para cada grupo vehicular. Tales factores se presentanen el numeral 2.6 de este captulo.

Para el clculo de los ejes equivalentes de la serie histrica, se emplear la siguienteexpresin:

( ) =kvehculo

vehculoiaokiaokiaoiaodiariokN FDVTPDSN

1

,80 %

donde:

iaodiariokNN80 : Nmero de ejes equivalentes de 80 kN en cada ao ide la serie histrica

(sumadas ambas direcciones).

iaoTPDS : Trnsito promedio diario semanal en cada ao i de la serie histrica

(sumadas ambas direcciones).

iaokV% : Porcentaje del tipo de vehculo k en cada ao i de la serie histrica,

expresado en tanto por uno.

iaokFD : Factor de dao del tipo de vehculo kpara cada ao i. (Normalmente el

Factor de Dao del vehculo k es el mismo para todos los aos i delperodo de la serie histrica).

3. Anlisis estadstico de la serie histrica

Con base en la informacin de trnsito equivalente de la serie histrica deducida en elpaso anterior, se realiza un anlisis estadstico para establecer modelos de crecimiento


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factibles para las condiciones del estudio, descartando de la serie histrica los valores delos aos con condiciones anormales como: taponamientos en la va, situaciones crticasde orden pblico, variantes, etc.(3)

4. Seleccin del modelo factible de crecimiento del trnsito

La seleccin final de cualquier modelo de pronstico se realizar sobre la base de losresultados de los coeficientes estadsticos (r, r, , etc), del anlisis de las variablesindependientes adoptadas y de consideraciones acerca de las particularidades delproyecto, como la capacidad de la va y la coherencia entre el valor estimado por elmodelo y los datos originales de la serie histrica. En ningn caso se deber aceptar orechazar un modelo sobre la base de los resultados de los coeficientes estadsticosnicamente.(3)

5. Estimacin del trnsito proyectado para el perodo de diseo, en el carril de diseo yconsiderando un nivel de confianza predeterminado

Con base en el modelo seleccionado, se estima el trnsito futuro en cada uno de los aosdel perodo de diseo, considerando los posibles aos muertos por desarrollo del estudio,gestin del financiamiento y por procedimientos de adjudicacin y construccin delproyecto.(3)

Los pasos a seguir son los siguientes:

a) Clculo del error estndar ( ) del modelo de crecimiento del trnsito seleccionado.(3)

( )

2'

2'

1

=

=

n

YiYin

idelomo

donde:

: Error estndar del modelo seleccionadoYi : Valor observado o medido en el ao i

delomoYi : Valor calculado con el modelo, en el ao i

'n : Nmero de aos analizados de la serie histricai : Vara de 1 a n

b) Clculo del error estndar en la prediccin del trnsito, error de pronstico ( pronstico )jao por ao en el perodo de diseo.(3)

( )

( ) '1

)('

1

2

2

nXXi

XXjn

i

jpronst ico +

=

=


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donde:

i : Representa los aos de la serie histrica

j : Representa los aos de proyeccin en el perodo de diseo

jpronsti co)( : Error estndar de la estimacin del trnsito, en el ao j del perodo de

diseo

: Error estndar del modelo seleccionado

Xj : Cada uno de los aos del perodo de diseo

Xi : Cada uno de los aos de la serie histrica

X : Ao medio de la serie histrica

'n : Nmero de aos analizados de la serie histrica

c) Clculo de los valores de correccin (Cj)para el trnsito equivalente proyectado encada uno de los aos del perodo de diseo (Nj), con base en el nivel de confianzadeseado.(3)

Asumiendo una distribucin normal para la diferencia del trnsito real con el estimado,se puede establecer el parmetro Zrque asegura el nivel de confianza deseado.En laTabla 2.6 se muestran los valores de Zrpara diferentes niveles de confianza.

ZrC jpronsti coj = )(

Tabla 2.6. Valores del parmetro Z r(Suponiendo una distribucin normal)

Confiabilidad Zr70% 0.52475% 0.67480% 0.84285% 1.03690% 1.28295% 1.64596% 1.75197% 1.88198% 2.055

99% 2.328

d) Clculo del nmero de ejes equivalentes de 80 kN diarios, corregidos porconfiabilidad, en cada uno de los aos del perodo de diseo (Nj)

jjj CNN +='


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donde:

jN' : Ejes equivalentes diarios corregidos para el aojdel perodo de diseo

jN : Ejes equivalentes diarios calculados por el modelo seleccionado, para el aoj

jC : Correccin para el ao j,en ejes equivalentes, que permite asegurar el nivelde confianza deseado

e) Clculo del nmero de ejes equivalentes de 80 kN acumulados durante el perodo dediseo, sumadas ambas direcciones

=

=n

jjaodassdireccioneambasacumuladoskN NN

1

//80 '365

f) Clculo del nmero de ejes equivalentes de 80 kN acumulados en el carril de diseodurante el perodo de diseo, por concepto de la componente normal del trnsito.

FdNNn

jjaodiasnormaldiseodecarrilkN

=

=1/,80 '365

Fd : Factor de distribucin direccional. (Ver Tabla 2.5)

Ejemplo Caso 1: Cuando existe serie histrica de trnsito

1. Identificacin de la serie histrica del trnsito en la estacin de conteo seleccionada.

En la Tabla 2.7 se muestra la informacin general de la serie histrica del trnsito talcomo se presenta en la Base de Datos del Instituto Nacional de Vas.

Tabla 2.7. Informacin general de la serie histrica de trnsitopara una estacin de conteo seleccionada

Autos Buses Camin Porcentaje deCamionesAo TPDS

%A %B %C C2P C2G C3-C41995 84 50 44 6 40.1 40.0 19.91996 86 53 39 8 40.2 40.0 19.81997 93 53 35 12 40.4 39.9 19.71998 96 52 35 13 40.5 40.0 19.51999 91 55 30 15 40.5 39.9 19.62000 98 52 32 16 40.2 40.1 19.72001 107 56 28 16 40.3 39.9 19.82002 115 56 29 15 40.4 39.7 19.92003 119 50 33 17 40.6 39.4 20.02004 108 57 25 18 40.2 39.9 19.92005 120 52 28 20 39.8 40.4 19.8


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18

2. Conversin de la serie histrica del trnsito a ejes equivalentes de 80 kN

El clculo de N80 kNpara cada ao se realiza de la siguiente manera:

)

+++= 100

1006%....2%%%62

80 CpCBusesiaoiaodiariokN

FDCFDpCCFDBTPDSN

( )

sdireccioneambasdakNdeesequivalentejeskNN //801995,80 1.48100

10023.50.0....01.11.4060.14484 8=

+++=

En la siguiente tabla se resumen los valores calculados de trnsito equivalente en ejessimples de 80 kN para cada ao de la serie histrica, sumadas ambas direcciones.

Tabla 2.8. Valores de trnsito equivalente diario

AoAo relativo(ao 1994)

N80 kN diario ao i/ambas direcciones(Diario observado)

Yi1995 1 48.181996 2 48.911997 3 56.371998 4 60.091999 5 57.822000 6 64.542001 7 67.272002 8 70.272003 9 83.722004 10 71.72

2005 11 89.90

3. Anlisis estadstico de la serie histrica

A la informacin dada en la Tabla 2.8 se le realiza un anlisis de regresin, buscando elmodelo que mejor se ajuste al comportamiento de los datos de trnsito equivalenteobservado. En la Figura 2.2 se muestran los modelos de regresin evaluados. Para estaevaluacin se puede utilizar el programa de apoyo para la aplicacin de este Manual,PAV-NT1.


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19

SERIE HISTORIA DE TRNSITO

N80 kN = 3.743(ao - 1994) + 42.888

R2= 0.8859

N80 kN= 45.508e0.0573(ao-1994)

R2= 0.9134

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Ao relativo (Ao - 1994)

Ejesequivalentesde80kN

/da/ambasdirecciones

(1994)

Figura 2.2. Modelos de regresin

4. Seleccin del modelo factible de crecimiento del trnsito

De los modelos analizados, se ha seleccionado el modelo lineal ya que representa elcomportamiento de los datos de forma ms acertada y coherente para el caso de estudio.

La ecuacin de comportamiento esta dada por:

888.42)1994(743.380 += AoN kN 8859.0 =R

5. Estimacin del trnsito proyectado para el perodo de diseo, en el carril de diseo yconsiderando un nivel de confianza predeterminado

Los pasos a seguir son los siguientes:

a) Clculo del error estndar ( ) del modelo de crecimiento del trnsito seleccionado.

La expresin para el clculo del error es la siguiente:


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20

( )

2'

2'

1

=

=

n

YiYin

idelomo

'n : nmero de aos de la serie histrica, 'n = 11 (correspondiente al perodo1995-2005)

Yi : nmero de ejes equivalentes de 80 kN por da en cada ao de la seriehistrica. Corresponde al trnsito observado y que se encuentraconsignado en la Tabla 2.8.

delomoYi : nmero de ejes equivalentes de 80 kN por da en cada ao de la serie

histrica, pero calculados con el modelo estadstico seleccionado.

Para el ao 1995 sera:

sdireccioneambasdakNejesdelomoYi //801995 63.46888.42)19941995(743.3 =+=

En la Tabla 2.9 se presenta el resultado del clculo para cada uno de los aos de laserie histrica.

Tabla 2.9. Valores de trnsito equivalente diario calculado(Ambas direcciones)

Ao N80 kN diario ao i/ambas direcciones(Diario calculado)Yi modelo

1995 46.631996 50.371997 54.121998 57.861999 61.602000 65.342001 69.092002 72.832003 76.572004 80.32

2005 84.06

El clculo del numerador que se encuentra dentro del radical de la expresinestadstica para determinar el error estndar del modelo ( ) se indica en la Tabla2.10.


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Tabla 2.10. Clculo del numerador dentro del radical de la expresinpara calcular el error estndar del modelo ( )

AoN80 kN diario ao i/ambas direcciones

(Diario observado)

Yi

N80 kN diario ao i/ambas direcciones(Diario calculado)

Yi modelo

(Yi Yi modelo)

1995 48.18 46.63 2.40

1996 48.91 50.37 2.131997 56.37 54.12 5.061998 60.09 57.86 4.97

1999 57.82 61.60 14.292000 64.54 65.34 0.64

2001 67.27 69.09 3.312002 70.27 72.83 6.552003 83.72 76.57 51.12

2004 71.72 80.32 73.962005 89.90 84.06 34.11

= 198.55

Con los datos anteriores se calcula el error estndar del modelo ( )

70.4211

55.198=

=

b) Clculo del error estndar en la prediccin del trnsito, error de pronstico ( pronstico )j

ao por ao en el perodo de diseo.

( )

( ) '1

)('

1

2

2

nXXi

XXjn

i

jpronst ico +

=

=

b.1) Determinacin del ao medio de la serie histrica, X

200011

2005....1995

'

'=

++==

n

nX i

b.2) Clculo de la sumatoria de las diferencias al cuadrado de cada ao de la seriehistrica y el ao medio de dicha serie histrica.

( )=

'

1

2n

i

XXi

En la Tabla 2.11 se presentan los clculos correspondientes.


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22

Tabla 2.11 Clculo de la sumatoria de las diferencias al cuadrado de cada aode la serie histrica y el ao medio de dicha serie histrica

Ao ( )2XXi

1995 251996 161997 91998 41999 12000 02001 12002 42003 92004 162005 25

= 110

b.3) Clculo del error de pronstico para cada ao del perodo de diseo ( pronstico )j

Utilizando la expresin dada para el clculo de ( pronstico )j y los valores

obtenidos en los incisos b.1 y b.2, se calcula el error de pronstico para cadaao del perodo de diseo.Para el ao 2008 sera:

( )85.3

11

1

110

2000200870.4)(

2

2008 =+

=pronst ico

En la Tabla 2.12 se muestran los valores calculados.

Tabla 2.12. Error de pronstico para cada unode los aos del perodo de diseo

Ao ( pronstico )j

2008 3.852009 4.27

2010 4.702011 5.13

2012 5.562013 5.992014 6.432015 6.87

2016 7.302017 7.74


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23

c) Clculo de los valores de correccin ( jC)para el trnsito equivalente proyectado en

cada uno de los aos del perodo de diseo (Nj), con base en el nivel de confianzadeseado.(3)

Suponiendo que el ingeniero proyectista considera apropiado un nivel de confianza delsetenta por ciento (70%) en la estimacin de la componente del trnsito normal, setiene, segn la Tabla 2.6 que:

Para el 70% de confiabilidad, Zr = 0.524

Para el ao 2008 se tendra:

524.0)( 20082008 = pronsticoC

sdireccioneambasdakNdeejesC //802008 02.2524.085.3 ==

En la Tabla 2.13 se presenta el valor de la correccin jC para cada ao del perodo

de diseo.

Tabla 2.13. Valor de correccin jC para cada ao del perodo de diseo

Ao jC ejes de 80 kN/da/ambas direcciones

2008 2.022009 2.242010 2.462011 2.69

2012 2.912013 3.142014 3.372015 3.602016 3.832017 4.06

d) Clculo del nmero de ejes equivalentes de 80 kN diarios, corregidos porconfiabilidad, en cada uno de los aos del perodo de diseo (Nj)

jjj CNN +='

Para el ao 2008 se tendra:

888.42)1994(743.3 += jj XN

sdireccioneambasdakNejesjN //8029.95888.42)19942008(743.3 =+=


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24

dakNejesjC /8002.2=

sdireccioneambasdakNejesN //802008 31.9702.229.95' =+=

En la Tabla 2.14 se presentan los valores de jN' calculados para todo el perodo dediseo.

Tabla 2.14. Valores de jN' para todos los aos del perodo de diseo,con confiabilidad del 70%

Ao sdireccioneambasdakNejesjN //80'

2008 97.312009 101.272010 105.23

2011 109.202012 113.172013 117.142014 121.112015 125.082016 129.062017 133.03

==

n

jjN

1

' 1151.59

En la Figura 2.3, se muestra la tendencia seguida por el trnsito equivalente diario del

perodo de diseo, de acuerdo al modelo de regresin seleccionado y con unaconfiabilidad del 70%.

e) Clculo del nmero de ejes equivalentes de 80 kN acumulados durante el perodo dediseo, sumadas ambas direcciones

=

=n

jjaodassdireccioneambasacumuladoskN NN

1

//80 '365

sdireccioneambaskNejesaodassdireccioneambasacumuladoskNN /80//80 42033059.1151365 ==


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25

TRNSITO EQUIVALENTE CON CONFIABILIDAD

46

56

66

76

86

96

106

116

126

136

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Ao Relativo (Ao - 1994)

E

jesequivalentesde80kN/da/ambasdirecciones

Proyeccin con

confiabilidad del 70%

Perodo de conteo Perodo de diseo

1994

Figura 2.3. Trnsito equivalente diario del perodo de diseo con confiabilidad

f) Clculo del nmero de ejes equivalentes de 80 kN acumulados en el carril de diseodurante el perodo de diseo, por concepto de la componente normal del trnsito

FdNNn

jjaodiasnormaldiseodecarrilkN

=

=1/,80 '365

diseodeper ododiseodecarrilkNejesnormaldiseodecarrilkNN //80,80 31530075.0420330 ==

En este caso se ha supuesto que el ancho de la calzada es de cinco con cincuenta(5.50) metros, es decir que el Factor Direccional Fd = 0.75.

2.9.1.2 Caso 2. No existe serie histrica de trnsito

Una situacin bastante frecuente es la de carecer de la informacin de las caractersticasdel trnsito en las carreteras de bajos volmenes. Cuando este sea el caso, lacomponente de trnsito normal se puede estimar con la realizacin de un conteo vehiculary con ajustes por estacionalidad, asuntos estos tratados con mayor detalle en lossiguientes numerales.


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1. Conteos de trnsito

El procedimiento propuesto para llevar a cabo el programa de conteos vehiculares en lacarretera consta de:

- Divisin del tramo en subtramos con trnsito homogneo.

- En cada uno de los subtramos se llevar a cabo un conteo vehicular, un da tpico desemana y un da tpico de mercado.

- El conteo se debe realizar por sentido de circulacin, hora del da y por tipo devehculo, y en un perodo diario no inferior a las 18 horas.

- El trnsito promedio diario se calcular en forma ponderada a los das normales y demercado, tal como se resea en el ejemplo para el Caso 2.

- Si las pocas de produccin son muy marcadas se debe realizar un ajuste por

estacionalidad, en los trminos sealados ms adelante.

2. Correccin por estacionalidad

Existen meses en que las carreteras llevan mayores volmenes de trnsito, presentandovariaciones notables. Por tal razn, los volmenes de trnsito promedio diarios quecaracterizan cada mes son diferentes, dependiendo tambin, en cierta manera, de lacategora y del tipo de servicio que presten dichas carreteras. Sin embargo, el patrn devariacin de una vas no cambia en forma significativa de ao a ao, a menos que ocurrancambios importantes en los usos de la tierra, o se construyan nuevas carreteras quefuncionen como alternas.(4)

Radelat(5)

hace un interesante recuento de la prctica recomendada por La AdministracinFederal Vial de los Estados Unidos de Amrica, en relacin con los estudios devolmenes en sistemas viales rurales. Seala que como resultara imprctico aforar todoslos tramos o sectores del sistema, se procede a hacer aforos de distintos tipos en lugaresestratgicos y utilizar los resultados de esos aforos para hacer inferencias temporales yespaciales donde no se disponga de todos los datos sobre volmenes de trnsito. Paraexpandir los volmenes de una estacin de control se utiliza la informacin de la estacinpermanente asociada y los factores de ajuste mensual. En el ejemplo para el Caso 2 quese describe a continuacin se detalla el procedimiento para llevar a cabo el ajuste porestacionalidad.

3. Definir otros parmetros de diseo

-Perodo de diseo (n)

-Tasa de crecimiento anual (r)

-Ancho de la calzada

-Factor direccional (Fd)

-Composicin de los vehculos comerciales


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-Factor de Dao (FD)

-Confiabilidad

4. Calcular el nmero de ejes equivalentes en el carril de diseo (trnsito normal) en el

ao base mediante la siguiente expresin:

( ) FdFDVsComercialeVehculosNk

ikkisdireccioneambasdiaaodiasbaseaonormaldiseodecarrilkN

=

= 1//),(80 %365

5. Calcular el nmero acumulado de ejes equivalentes en el carril de diseo para elperodo de diseo (n) (trnsito normal)

Conociendo la tasa de crecimiento anual (r), se acumula el trnsito equivalente en el carrilde diseo para los aos del perodo de diseo (n), utilizando la siguiente expresin:

r

rNN

n

baseaonormaldiseodecarrilkNacumuladonormaldiseodecarrilkN

1)1(),(80),(80

+=

6. Calcular el nmero de ejes equivalentes en el carril de diseo durante el perodo dediseo (trnsito normal) con el nivel de confianza dado.

)10(' 05.0

),(80)(80

ZracumuladonormaldiseodecarrilkNnormaldiseodecarrilkN NN =

Ejemplo Caso 2: No existe serie histrica de trnsito

1. Conteos de trnsito

La planeacin del Estudio de Trnsito en un proyecto de pavimentacin con bajovolmenes de trnsito contempla la realizacin de un conteo vehicular a lo largo de dosdas, uno en da normal y otro en da de mercado. El conteo se realiza en el mes deagosto.

Los resultados obtenidos son:

Nmero de vehculos comerciales da normal : 35 vehculos/ambas direccionesNmero de vehculos comerciales da mercado : 85 vehculos/ambas direcciones

En una semana tpica, el mercado solo se realiza en un da.

Por tanto, el volumen de vehculos comerciales en promedio, al da es:

42857

135

7

6=+


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2. Correccin por estacionalidad

En el mes de agosto se inicia una poca de baja actividad comercial en la regin, por loque se hace necesario aplicar una correccin por estacionalidad. Para ello se haconseguido la informacin referente a una estacin permanente de conteo (estacin

maestra), ubicado en una estacin de peaje, que recoge las variaciones de la economaregional. En la Tabla 2.15 se relaciona la informacin recopilada en la estacin maestra.El factor de correccin correspondiente a cada mes se calcula como el cociente entre elTPD anual y el TPD mensual.

Tabla 2.15. Factores de correccin por estacionalidad

MesTrnsito Promedio

Diario Mensual,TPDm

Factor de correccinpor estacionalidad

Enero 1667 0.88

Febrero 1466 1.00Marzo 1638 0.90Abril 1445 1.02Mayo 1520 0.97Junio 1521 0.97Julio 1496 0.98

Agosto 1405 1.05Septiembre 1280 1.15

Octubre 1326 1.11Noviembre 1404 1.05Diciembre 1563 0.94

TPDA 1471

Para el mes de agosto el factor de correccin es de 1.05

Por tanto, el volumen de vehculos pesados es:

4405.142 = vehculos comerciales/da/ambas direcciones

3. Definir otros parmetros de diseo

Asumiendo que las caractersticas del proyecto son las siguientes:

- Perodo de diseo (n) : diez (10) aos

- Tasa de crecimiento anual (r) : tres por ciento (3%)

- Ancho de la calzada : seis (6) metros

- Factor direccional : 0.5

- Composicin de los vehculos comerciales:

Buses : cuarenta por ciento (40%)


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C2p : quince por ciento (15%)C2g : cuarenta y cinco por ciento (45%)

- Factores de Dao : Ver Tabla 2.4

- Confiabilidad : Setenta por ciento (70%); (Zr = 0.524)

4. Calcular el nmero de ejes equivalentes en el carril de diseo (trnsito normal) en elao base:

( ) FdFDVsComercialeVehculosNk

ikksdireccioneambasdiaaodiasbaseaonormaldiseodecarrilkN

=

= 1//),(80 %365

[ ] 5.0)72.245.044()01.115.044()0.140.044(365),(80 ++=baseaonormaldiseodecarrilkNN

14300),(80 =baseaonormaldiseodecarrilkNN

5. Calcular el nmero acumulado de ejes equivalentes en el carril de diseo para elperodo de diseo (n) (trnsito normal)

r

rNN

n

baseaonormaldiseodecarrilkNacumuladonormaldiseodecarrilkN

1)1(),(80),(80

+=

Con r = 3% y n = 10 aos, se tiene:

164000

03.0

1)03.01(14300

10

),(80 =+

=acumuladonormaldiseodecarrilkNN

6. Calcular el nmero de ejes equivalentes en el carril de diseo durante el perodo dediseo (trnsito normal) con el nivel de confianza dado.

)10(' 05.0

),(80)(80

ZracumuladonormaldiseodecarrilkNnormaldiseodecarrilkN NN =

174200)10(164000' 524.005.0

)(80 ==

normaldiseodecarrilkNN

2.9.2 Pronstico de la componente de trnsito atrado

El anlisis de la componente de trnsito atrado es ms dispendioso y requiere deherramientas ms refinadas para su cuantificacin. Para iniciar la discusin de este tipode anlisis, se debe estar seguro que el proyecto vial si ocasionar cambios en elcomportamiento de los usuarios. Es decir, se deben allegar argumentos o indicios quehagan pensar que usuarios de otras carreteras e incluso de otros modos de transporte sivan a ser uso de la nueva opcin. Entre las razones que podran hacer cambiar al usuario


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de ruta, se tienen:

- Condiciones de operacin ms atractivas.- Recorridos ms cortos, y ahorros en tiempos de viaje.- Disminucin en los costos globales de transporte.

- Mejoras en la seguridad de circulacin.

Existen varios mtodos para estimar el trnsito atrado, entre los cuales se resean lossiguientes:

a. Estudio de origen y destino

Este mtodo consiste en la aplicacin de un estudio de origen y destino que permitaestablecer los flujos entre pares origen-destino, flujos bsicos, que en forma potencialpodran utilizar el proyecto en el futuro. Los flujos bsicos constituyen la demandapotencial para el proyecto, y con la aplicacin de un porcentaje de desvo, se calcula lamagnitud de la componente de trnsito desviado.

b. Estudio de utilizacin del proyecto por usuarios potenciales

Este es el mtodo ms sencillo y ms utilizado. Se lleva a cabo a travs de una encuestaa usuarios potenciales, es las que se indaga si haran uso o no del nuevo proyecto. Apartir de la respuesta de los usuarios se estimara un porcentaje del trnsito normal comoel correspondiente al la componente de trnsito atrado.

Su cuantificacin se podra realizar a travs del anlisis de las series de trnsito normal,en los trminos sealados anteriormente, aplicando el porcentaje respectivo. Al respecto,y al no disponer de informacin ms precisa, se puede aplicar el criterio del Instituto deIngenieros de Estados Unidos que seala que el trnsito atrado se le asignan porcentajes

entre el cinco (5) y el veinticinco por ciento (25%) del trnsito normal, con un perodo deaparicin de uno o dos aos despus que la carretera ha sido abierta al servicio.(4)

2.9.3 Pronstico de la componente de trnsito generado. Ejemplo

Es el crecimiento que se presenta por el incremento que en la produccin agrcola,pecuaria, minera, industrial, comercial o turstica que se genera en una zona por laconstruccin de una nueva carretera o el mejoramiento y/o pavimentacin de una vaexistente.

Es importante realizar un detallado anlisis de la produccin y la necesidad de transporte

que se requiere as como el incremento que se presenta debido al mejoramiento en lacalidad de vida de los habitantes del rea de influencia directa.

Para ello se debe acopiar informacin detallada de usos del suelo actual y potencial yprobables rendimientos. Esta informacin puede ser recopilada en las UMATAS,Secretarias de Agricultura y Planes de Desarrollo. En el ejemplo de pronstico de lacomponente de trnsito generado que se presenta a continuacin se incluye unprocedimiento para estimar esta componente.


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Cuando el ingeniero no disponga de informacin ms detallada, puede hacer uso de losfactores relacionados en la Tabla 2.16, obtenidos del seguimiento a proyectos depavimentacin en vas de bajo trnsito en el pas.

Tabla 2.16. Porcentaje de trnsito generado como funcin del trnsito normal

Clasificacin del rea del proyectoPoblacin beneficiada,

hab

Porcentaje de trnsitogenerado como funcin

del trnsito normalMenos de 5000 3.0rea con potencial minero alto5000 o ms 6.0Menos de 5000 2.5rea con potencial agrcola alto5000 o ms 5.5Menos de 5000 2.0rea con potencial turstico alto5000 o ms 3.5

rea de bajo potencial de desarrollo 1.5Fuente: Elaboracin propia con base en informacin del Instituto Nacional de Vas.

Ejemplo de pronstico de la componente de trnsito generado

Es comn que algunas zonas no sean adecuadamente explotadas, a pesar de serpotencialmente aptas para la agricultura, esto se debe, a las mltiples dificultades paracomercializar sus productos, debido al deterioro que sufren por el proceso de transporte,ocasionado por las malas condiciones de embalaje y por el estado de la va.

Para predecir el comportamiento de la economa regional afectada directamente por elmejoramiento de la va, es necesario analizar el uso de suelo actual y su potencialidad,partiendo de una hiptesis para determinar el rea de influencia de la va.

Para esto se realiza un estudio cartogrfico, complementado con visitas de campo,analizando el comportamiento y la economa regional, es comn que los moradorespuedan sacar carga hacia la carretera desde una distancia promedio de tres kilmetros,distancia aunque aparentemente corta, se justifica por la topografa y accidentesgeogrficos del lugar. En algunos terrenos ondulados y planos este margen puedeaumentarse hasta 5 kilmetros. Se debe aclarar que la distancia esta condicionada a lageografa de cada lugar, pues los accidentes geogrficos y el cruce de ros puederestringir el ancho de la franja proyectada.

Con la finalidad de aproximarse a la realidad futura del trnsito en la va, y consecuentescon la incertidumbre que se presenta en la explotacin agrcola, forestal, ganadera ominera. En algunos casos es conveniente crear escenarios de crecimiento bajo diferentescondiciones, basados en la explotacin de las zonas actualmente no aprovechadas, esdecir aquellas que se dedican a pastos enmalezados o sin manejo y zonas de rastrojo, ozonas cultivadas artesanalmente, dentro de esta rea de influencia.

Al mejorarse la va, se parte del supuesto de considerar la vocacin agrcola de la regin yprincipalmente en produccin de caf y chontaduro, pia, caa panelera, pltano etc.,


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estos ltimos clasificados como varios, se espera el comportamiento agrcola bajo los tresescenarios, que se muestra en la Tabla 2.17.

Tabla 2.17. Expectativas de Produccin

Producto Escenario Bajo Escenario Medio Escenario Alto

Caf 250 Ha 750 Ha 1450 HaVarios 150 Ha 450 Ha 1400 Ha

La produccin generada por los cultivos de estos productos de acuerdo con losrendimientos encontrados en la regin y promediando en rengln de varios, se relacionaen la Tabla 2.18.

Tabla 2.18. Produccin anual por desarrollo.

Rendimiento Escenario Bajo Escenario Medio Escenario AltoProducto

Ton/Ha/sem Toneladas/ao Toneladas/ao Toneladas/aoCaf 0.844 422 1.688 2.700

Varios 2.0 600 2.400 4.000

Se esta considerando tal como puede apreciarse en la tabla anterior que se producen doscosechas al ao. Con el total de produccin anual se supone que los vehculosencargados de transportar los insumos y las cosechas deben realizar los viajes en ambossentidos, en cada una de estas etapas. Un supuesto que debe realizarse de acuerdo conel conocimiento que los consultores tienen sobre este tipo de vas, es que a pesar de no

circular en la actualidad camiones grandes tipo C2g. De realizarse el mejoramientopodran en algn momento vincularse al progreso de la regin, de aqu que se deberepartir la carga generada por el desarrollo, entre este tipo de vehculos y los C2pcomunes en la regin.

Para el clculo del nmero de vehculos se considera nuevamente los tres escenarios, elbajo se presenta con un ndice de crecimiento del 2%,el escenario medio se toma con unndice de 3% y la fase mas optimista que es el escenario alto se trabaja con un valor decrecimiento de 5% anual.

La carga generada por el desarrollo se reparte en parte iguales para los tipos decamiones y se trabaja con una capacidad de 5 toneladas para los C2p y 10 toneladas

para los C2g. Considerando doble viaje para insumos es decir ida y regreso, al igual queen la poca de cosecha.

A pesar de ser un trfico que se produce en cierto periodo anual, los resultados paraefecto de clculo se reparten en los 365 das del ao. En la Tabla 2.19 se presentan losresultados obtenidos.


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Tabla 2.19. Trnsito por Desarrollo (nmero de vehculos)

Escenario bajo Escenario medio Escenario altoAoC2P C2G C2P C2G C2P C2G

2008 1 1 5 2 8 42009 1 1 5 2 8 52010 1 1 6 2 8 52011 1 1 6 2 9 52012 1 1 6 2 9 52013 1 1 6 2 10 62014 1 1 6 2 10 62015 1 1 6 3 11 62016 1 1 7 3 11 72017 1 1 7 3 12 7


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CAPTULO 3. EL CLIMA

3.1 Generalidades

El clima es el conjunto fluctuante de las condiciones atmosfricas, caracterizado por losestados y evoluciones del estado del tiempo, durante un lapso y en un lugar o regindada, y controlado por los denominados factores forzantes, factores determinantes y porla interaccin entre los diferentes componentes del denominado sistema climtico(atmsfera, hidrsfera, litsfera, crisfera, bisfera y antropsfera).(6)

El clima de la Tierra depende del equilibrio radiativo de la atmsfera, el cual a su vezdepende de la cantidad de la radiacin solar que ingresa al sistema y de la concentracinatmosfrica de algunos gases variables que ejercen un efecto invernadero (gases trazacon actividad radiativa), de las nubes y de los aerosoles. Estos agentes de forzamientoradiativo, varan tanto de forma natural como por la actividad humana, produciendo

alteraciones en el clima del planeta.(6)

Los factores determinantes del clima, se refieren a las condiciones fsicas y geogrficas,que son relativamente constantes en el tiempo y en el espacio y que influyen en el climaen aspectos relacionados con la transferencia de energa y calor. Los de mayorimportancia son la latitud, la elevacin y la distancia al mar.(6)

Debido a que el clima se relaciona generalmente con las condiciones predominantes en laatmsfera, ste se describe a partir de variables atmosfricas como la temperatura y laprecipitacin, denominados elementos climticos; sin embargo, se podra identificartambin con las variables de otros de los componentes del sistema climtico. (6)

El clima de Colombia es muy variado, tanto a lo largo de su territorio como a travs deltiempo. Esta diversidad climtica est determinada en gran medida por la ubicacingeogrfica y por las caractersticas fisiogrficas del territorio colombiano. La diversidadclimtica colombiana es un recurso importante para el pas jugando un papel significativoen las diversas formas de actividad humana.(6)

Las condiciones ambientales tienen un efecto significativo en el desempeo de lospavimentos. Factores externos tales como la precipitacin y temperatura juegan un rolimportante en la definicin del grado de impacto que el medio ambiente puede tener en elcomportamiento de las estructuras de pavimento. Factores internos tales como lasusceptibilidad de los materiales a la humedad, el drenaje de las capas asflticas, lainfiltracin de la estructura, definen la manera en la cual el pavimento reaccionar a la

aplicacin de las condiciones ambientales externas.(7)

Por lo anterior, los diseadores de pavimentos deben considerar el estudio de lascondiciones climticas de su zona de proyecto.

En el pas se cuenta con un sistema de observacin, medicin y vigilancia meteorolgica,el cual se ocupa de la generacin y el acopio permanente de la informacin meteorolgicay de la dinmica y estado del medio natural; mediante la operacin de la red de


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estaciones de medicin y observacin meteorolgica, es como el Instituto de Hidrologa,Meteorologa y Estudios Ambientales (IDEAM) puede orientar a la comunidad nacionalsobre la mejor utilizacin de las bondades del recurso clima y de las condicionesfavorables de los procesos atmosfricos para contribuir al bienestar de la poblacin. (6)

En la Figura 3.1, se muestra el mapa del territorio colombiano con la localizacin de lasdiversas estaciones meteorolgicas, de las cuales los proyectistas pueden obtenerinformacin climtica para la caracterizacin de la zona del proyecto.

3.2 Tipo y localizacin de las estaciones meteorolgicas del IDEAM

Se entiende como Estacin Meteorolgica el sitio donde se hacen observaciones ymediciones puntuales de los diferentes parmetros meteorolgicos usando instrumentosapropiados, con el fin de establecer el comportamiento atmosfrico en las diferenteszonas de un territorio.

La siguiente es una clasificacin detallada de las estaciones meteorolgicas basada ennormas tcnicas de la Organizacin Meteorolgica Mundial OMM y en los criterios delIDEAM. (6)

Estacin Pluviomtrica (PM) Es una estacin meteorolgica dotada de unpluvimetro o recipiente que permite medir la cantidad de lluvia cada entre dosobservaciones consecutivas.(6)

Estacin Pluviogrfica (PG) Registra en forma mecnica y continua la precipitacin,en una grfica que permite conocer la cantidad, duracin, intensidad y periodo en queha ocurrido la lluvia. Actualmente se utilizan los pluvigrafos de registro diario. (6)

Estacin Climatolgica Principal (CP) Es aquella en la cual se hacen observacionesde visibilidad, tiempo atmosfrico presente, cantidad, tipo y altura de las nubes, estadodel suelo, precipitacin, temperatura del aire, humedad, viento, radiacin, solar, brillosolar, evaporacin y fenmenos especiales. Gran parte de estos parmetros seobtienen de instrumentos registradores. Por lo general se efectan tres observacionesdiarias.(6)

Estacin Climatolgica Ordinaria (CO) Este tipo de estaciones poseenobligatoriamente un pluvimetro, pluvigrafo y psicrmetro. Es decir miden lluvias y

temperaturas extremas e instantneas.(6)

Estacin Sinptica Principal (SP) En este tipo de estacin se efectanobservaciones de los principales elementos meteorolgicos en horas convenidasinternacionalmente. Los datos se toman horariamente y corresponden a nubosidad,direccin y velocidad de los vientos, presin atmosfrica, temperatura del aire, tipo yaltura de las nubes, visibilidad, fenmenos especiales, caractersticas de humedad,


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precipitacin, temperaturas extremas, capa significativas de nubes, recorrido delviento y secuencia de los fenmenos atmosfricos. Esta informacin se codifica y seintercambia a travs de los centros mundiales con el fin de alimentar los modelosglobales y locales de pronstico y para el servicio de la aviacin. (6)

Estacin Sinptica Suplementaria (SS) Al igual que en la estacin anterior, lasobservaciones se realizan a horas convenidas internacionalmente y los datoscorresponden comnmente a visibilidad, fenmenos especiales, tiempo atmosfrico,nubosidad, estado del suelo, precipitacin, temperatura del aire, humedad del aire yviento.(6)

Estacin Agrometeorolgica (AM) En esta estacin se realizan observacionesmeteorolgicas y biolgicas, incluyendo fenolgicas y otras observaciones que ayudena determinar las relaciones entre el tiempo y el clima, por una parte y la vida de lasplantas y los animales, por la otra. Incluye el mismo programa de observaciones de la

estacin CP, ms registros de temperatura a varias profundidades (hasta un metro) yen la capa cercana al suelo (0, 10 y 20 cm sobre el suelo). (6)

Estacin de Radiosonda (RS) La estacin de radiosonda tiene por finalidad laobservacin de temperaturas, presin, humedad y viento en las capas altas de laatmsfera (tropsfera y baja estratsfera), mediante el rastreo, por medioselectrnicos o de radar, de la trayectoria de un globo meteorolgico que asciendelibremente.(6)

Estacin mareogrfica (MM) Estaciones para observacin del estado del mar. Midenivel, temperatura y salinidad de las aguas marinas. Se incluyen en la categora deestaciones meteorolgicas especiales.(6)


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Figura 3.1 Red meteorolgica de Colombia. Fuente: Atlas Climatolgico de Colombia (6)


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3.3 Categora del clima por humedad con base en el ndice de Thornthwite

El sistema de categorizacin se basa en los resultados del balance hdrico del suelo yutiliza la evapotranspiracin potencial anual, la precipitacin media anual, el exceso deagua anual y el dficit de agua anual. (6)

El ndice de Thornthwite es una combinacin del ndice de humedad y del ndice dearidez, calculados de acuerdo con las siguientes expresiones:(6)

100, =ETP

EXCIhumedaddeIndice h

100, =ETP

DEFIaridezdeIndice a

ahm IIIeThornthwitdeIndice = 6.0,

donde:

ETP : Evapotranspiracin potencial anual, en mm. Definida como la cantidad de vaporde agua que puede ser emitida desde una superficie libre de agua.

EXC : Exceso de agua anual, en mm. Definido como el agua que excede de la reservamxima y que se habr perdido por escorrenta superficial o profunda.

DEF : Dficit de agua anual, en mm. Definido como el volumen de agua que falta paracubrir las necesidades potenciales de agua (para evaporar y transpirar).

En la Tabla 3.1 se presentan las categoras de clima por humedad con base en el ndicede Thornthwite.

Tabla 3.1. Clasificacin climtica de Thornthwite(8)

Categoria DescripcinIndice de Thornthwite

Im

rido Muy pocas lluvias, altaevaporacin

-100 a -61

Semi-rido Pocas lluvias -60 a -21

Sub-hmedoLluvia moderada lluviafuertemente estacional

-20 a +19

Hmedo Lluvi a estacional calurosamoderada +20 a +100

SuperhmedoLluvias con alta frecuencia omuchos das con superficiehmeda

Im> 100

En la Figura 3.2 se muestra el mapa de climas de Colombia acorde con esta clasificacinclimtica.


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Figura 3.2. Clasificacin climtica de Colombia por humedad con base en el ndice deThornthwite


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3.3.1 Clculo de la Evapotranspiracin Potencial (ETP)

Los clculos de Thornthwite se basan en determinar la evapotranspiracin potencial enfuncin de la latitud (representativa de la extensin de horas-sol por da) y la temperaturamedia. La relacin entre la temperatura media mensual y el potencial de

evapotranspiracin potencial es determinada de la siguiente manera:(9)

a) Se calcula un ndice de calor mensual (i ) a partir de la temperatura media mensual( t)

514.1

5

= t

i

b) Se calcula en ndice de calor anual (I ) sumando los 12 valores de i

= iI

c) Se calcula la ETP mensual sin corregir mediante la frmula

a

corregirnsiI

tETP

=

1016

donde:

corregirnsiETP : ETP mensual en mm/mes para meses de 30 das y 12 horas de sol

(tericas)

t : Temperatura media mensual, C

I : ndice de calor anual, obtenido en el punto b)

49239.01017921077110675 52739 ++= IIIa

d) Correccin para el nmero de das del mes y el nmero de horas de sol

3012

dNETPETP corregirnsicorregida =

donde:

N : Nmero mximo de horas de sol, dependiendo del mes y de la latitud (Tabla3.2)

d : Nmero de das del mes


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Tabla 3.2. Nmero mximo de horas de sol (9)

Latitud Norte* En Feb Mar Abr May Jn Jul Ag Sep Oc Nov Dic

Latitud Sur* Jul Ag Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun

50 8.5 10.1 11.8 13.8 15.4 16.3 15.9 14.5 12.7 10.8 9.1 8.1

48 8.8 10.2 11.8 13.6 15.2 16.0 15.6 14.3 12.6 10.9 9.3 8.3

46 9.1 10.4 11.9 13.5 14.9 15.7 15.4 14.2 12.6 10.9 9.5 8.7

44 9.3 10.5 11.9 13.4 14.7 15.4 15.2 14.0 12.6 11.0 9.7 8.9

42 9.4 10.6 11.9 13.4 14.6 15.2 14.9 13.9 12.9 11.1 9.8 9.1

40 9.6 10.7 11.9 13.3 14.4 15.0 14.7 13.7 12.5 11.2 10.0 9.3

35 10.1 11.0 11.9 13.1 14.0 14.5 14.3 13.5 12.4 11.3 10.3 9.8

30 10.4 11.1 12.0 12.9 13.6 14.0 13.9 13.2 12.4 11.5 10.6 10.2

25 10.7 11.3 12.0 12.7 13.3 13.7 13.5 13.0 12.3 11.6 10.9 10.6

20 11.0 11.5 12.0 12.6 13.1 13.3 13.2 12.8 12.3 11.7 11.2 10.9

15 11.3 11.6 12.0 12.5 12.8 13.0 12.9 12.6 12.2 11.8 11.4 11.210 11.6 11.8 12.0 12.3 12.6 12.7 12.6 12.4 12.1 11.8 11.6 11.5

5 11.8 11.9 12.0 12.2 12.3 12.4 12.3 12.3 12.1 12.0 11.9 11.8

0 Ecuador 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1* Latitudes en grados

3.3.2 Clculo del Exceso (EXC)y del Dficit (DEF)

Para el clculo del exceso y dficit, es necesario introducir los trminos de reserva yreserva mxima del suelo, variables de las cuales depende la determinacin de stos.(10)

La reserva es la capacidad de almacenamiento (A) que tienen los suelos. Cuando en unmes se produzcan ms entradas que salidas (Precipitacin > ETP) el agua sobrante sealmacenar en el suelo; por el contrario, cuando las salidas sean mayores que lasentradas la reserva del suelo se reducir.(10)

La capacidad de almacenamiento del suelo no es ilimitada y cuando se alcanza sucapacidad de retencin, el agua aadida en exceso escurrir superficialmente o enprofundidad. Por tanto, es importante conocer el concepto de reserva mxima (Amx) ocantidad de agua por unidad de superficie (mm) que el suelo es capaz de almacenar ensu perfil.(10)

Se toma el valor de cien (100) mm (100 litros/m) para reserva mxima como referencia

climtica. As el ndice de Thornthwite es til para comparaciones climticas entredistintas zonas (independientemente del tipo de suelo y vegetacin). (10)

El clculo de la reserva o almacenamiento del suelo se realiza teniendo en cuenta lassiguientes expresiones:(10)


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42

++


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Tabla 3.3. Serie histrica de Precipitacin(11)

Estacin CO: La Fonda (CITEC)Municipio: PataDepartamento: CaucaLatitud: 2 09 NElevacin: 677 m.s.n.m

VALORES MENSUALES TOTALES DE PRECIPITACIN (mm)

Ao Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiem. Octubre Noviem. Diciem. Vr. Anual1991 163.7 53.6 338.3 91.4 138.6 69.8 98.8 7.9 246.4 121.2 241.3 202.6 1773.61992 58 142.7 43.9 170.9 157.4 7.1 6.2 34.1 169.8 229.4 256.4 245.4 1521.31993 153.3 228.3 252.1 194.7 195.2 8.4 2.7 21.6 96.4 187.6 372.3 390.2 2102.81994 252.2 150.7 312.3 193.6 219.5 68.1 1.4 1.3 155.1 240.7 301.3 207.9 2104.11995 35.3 47.2 178.2 176.4 198.8 92.1 92.8 26.4 60.2 247.4 361.9 152.5 1669.21996 242.2 196.3 249.2 247.3 231.2 152.8 28.4 41.1 48.2 170.2 288.6 224.9 2120.41997 359.7 52.7 154.5 123.4 25.6 86.6 0 0 91.9 256.4 261.5 92 1504.31998 4.6 166.6 187.4 196.4 255.6 4 16.4 136.1 24.5 195.7 385.8 184.2 1757.31999 334.8 362.5 254.3 384.5 226.8 130.9 4.3 38.8 225.3 362.4 194.6 444.7 2963.92000 389.4 410.6 319.4 275.7 283.3 128.3 76.5 77.6 227.1 183.4 132.5 137.9 2641.72001 48.4 217.4 259.3 41.8 217.1 50 86.6 0 296.6 104.8 344.4 268 1934.42002 113.8 114 195.6 266.7 91.8 101.4 34 24 48.4 408.4 177.7 174.1 1749.92003 122.9 74.8 149.6 84.2 105.5 212.6 19.6 26.2 112.2 287.7 391.1 157 1743.42004 248.6 60.1 102.8 285.5 65.5 13.6 95.4 0 77.7 177.5 350 170.4 1647.1

2005 216.3 122.2 247.9 159.5 57 5.8 20.3 51.5 117.7 272.2 244.4 560.6 2075.4Valores Medios 182.9 160.0 216.3 192.8 164.6 75.4 38.9 32.4 133.2 229.7 286.9 240.8 1953.9

Valores Mximos 389.4 410.6 338.3 384.5 283.3 212.6 98.8 136.1 296.6 408.4 391.1 560.6 2963.9Valores Mnimos 4.6 47.2 43.9 41.8 25.6 4.0 0.0 0.0 24.5 104.8 132.5 92.0 1504.3


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Tabla 3.4. Serie histrica de Temperatura (11)

Estacin CO: La Fonda (CITEC)Municipio: PataDepartamento: CaucaLatitud: 2 09 NElevacin: 677 m.s.n.m

VALORES MEDIOS MENSUALES DE TEMPERATURA (C)

Ao Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiem. Octubre Noviem. Diciem. Vr. Anual1991 26 27.4 26.3 26.1 26.2 26.7 26.9 27.3 27.3 26.1 25.5 25.7 26.51992 26.5 26.5 28.1 27.1 26.8 27.4 28 28.4 27.2 26.5 25.4 25.4 26.91993 25.7 25.7 25.1 25.7 25.5 26.6 27.4 28.1 27.4 26.6 25 25.5 26.21994 25.3 25.7 25.2 25.4 25.5 25.8 26.6 27.7 28.2 25.8 25.1 25.5 261995 26.5 27.5 26.3 25.6 25.7 25.5 25.7 26.7 27.9 25.9 25.3 25.3 26.21996 25.2 24.9 25.5 25.5 25.4 25.5 25.6 26.3 27.6 25.8 25.6 25.4 25.71997 24.9 26 26 26.2 26.4 26.1 28.5 29.4 28.9 27.4 26 26.8 26.91998 28.3 28.5 28.1 26.9 26.7 26.3 26.9 26.9 27.3 26.9 25.5 25.8 271999 25 24.8 24.9 25.2 25.2 24.9 26.2 27 25.6 25.3 25.7 25.5 25.42000 25.5 25.5 25.6 26.4 25.7 26 25.7 26.4 25.8 26.6 25.8 25.7 25.92001 25.5 26.5 25.9 26.4 26.6 26.1 27.1 28.5 26.6 27.5 26.5 25.5 26.62002 26.3 26.7 26.1 26.2 25.8 25 27.1 28.5 28.1 27.9 26.7 25.6 26.82003 26.3 26.8 26.5 26.5 27.1 26 26.7 28.3 28.5 27 26.3 25.3 26.82004 26.1 27.2 27.6 25.5 26.3 26.7 26.2 28.3 27.5 27.3 26.1 25.9 26.7

2005 26.7 26.2 26.4 26.4 26.3 26 26.7 28.1 28.5 27.1 25.3 24.9 26.6Valores Medios 26.0 26.4 26.2 26.1 26.1 26.0 26.8 27.7 27.5 26.6 25.7 25.6 26.4

Valores Mximos 28.3 28.5 28.1 27.1 27.1 27.4 28.5 29.4 28.9 27.9 26.7 26.8 27.0Valores Mnimos 24.9 24.8 24.9 25.2 25.2 24.9 25.6 26.3 25.6 25.3 25.0 24.9 25.4


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b) Clculo de la ETP

- Clculo del ndice de calor mensual514.1

5

= t

i

Tabla 3.5. ndice de calor mensual

Mest(C)de la serie

histricai

(Nota 1)

Enero 26.0 12.13Febrero 26.4 12.41Marzo 26.2 12.30Abril 26.1 12.19Mayo 26.1 12.22Junio 26.0 12.16Julio 26.8 12.67

Agosto 27.7 13.38Septiembre 27.5 13.21

Octubre 26.6 12.59Noviembre 25.7 11.94Diciembre 25.6 11.84

Nota 1.- Los valores consignados en la Tabla provienen del clculoefectuado con una hoja electrnica que utiliza un nmero importantede decimales. Esta circunstancia explica las pequeas diferencias enlos valores indicados.

- Clculo del ndice de calor anual (I )

04.149== iI

- Clculo de la ETP mensual sin corregir

[ ]mesmmI

tETP

a

corregirnsi /10

16

=


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Tabla 3.6. Valores de ETP mensual sin corregir

Mes t(C) de laserie histrica

ETP sin corregir(mm/mes)

I = 149.04 a = 3.68

Enero 26.0 124.2Febrero 26.4 131.5Marzo 26.2 128.7Abril 26.1 125.7Mayo 26.1 126.6Junio 26.0 125.1Julio 26.8 138.2

Agosto 27.7 157.6Septiembre 27.5 152.8

Octubre 26.6 135.3Noviembre 25.7 118.3Diciembre 25.6 117.3

- Correccin de la ETP mensual para el nmero de das del mes y el nmero dehoras de sol

3012

dNETPETP corregirnsicorregida =

Con latitud de 2 09 N, que corresponde a 2.15 N, en la Tabla 3.2, interpolandolinealmente, se encuentran el nmero mximo de horas de sol (N) para cada mes.

Tabla 3.7. Valores de ETP mensual corregida

MesETP sin corregir

(mm/mes) N dETP corregida(mm/mes)

Enero 124.2 12.01 31 128.4Febrero 131.5 12.05 28 123.2Marzo 128.7 12.10 31 134.1Abril 125.7 12.16 30 127.4

Mayo 126.6 12.21 31 133.1Junio 125.1 12.24 30 127.7Julio 138.2 12.23 31 145.6

Agosto 157.6 12.19 31 165.4

Septiembre 152.8 12.13 30 154.4Octubre 135.3 12.07 31 140.6

Noviembre 118.3 12.02 30 118.6Diciembre 117.3 12.00 31 121.1

ETP total anual = 1619.6


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c) Clculo del exceso (EXC) y dficit (DEF)

- Clculo del almacenamiento:

Utilizando la formulacin dada en la Seccin 3.3.2, se calcula el almacenamiento

de la siguiente manera:

Marzo: )( MarzoMarzoFebrero ETPPA + mm2.182)1.1343.216(100 =+

mmAmmAmm Marzomx 1001002.182 ==>

En la Tabla 3.8, se resumen los valores de almacenamiento mensual.

Para el primer mes, enero, se asume inicialmente un valor de cero (0) como valordel almacenamiento anterior. Este correspondera al mes de diciembre. A partir deeste valor se calculan todos los almacenamientos del ao promedio, obteniendo

as un valor para el mes de diciembre. Este valor se toma como un nuevo valorpara el almacenamiento anterior al mes de enero y se vuelven a recalcular losalmacenamientos. Este procedimiento se efecta cclicamente hasta que elalmacenamiento de diciembre del ao anterior permanezca constante.

- Clculo del exceso (EXC)

Utilizando la formulacin dada en la Seccin 3.3.2, se calcula el exceso (EXC) dela siguiente manera:

Marzo: )( MarzoMarzoFebrero ETPPA +

mm2.182)1.1343.216(100 =+ mmAEXCmmAmm xmaMarzomx 2.822.1821002.182 ===>

En la Tabla 3.8, se resumen los valores de exceso mensual.

- Clculo del dficit (DEF)

Utilizando la formulacin dada en la Seccin 3.3.2, se calcula el dficit (DEF) de lasiguiente manera:

Marzo: )( MarzoMarzoFebrero ETPPA +

mm2.182)1.1343.216(100 =+ 002.182 => MarzoDEFmm

En la Tabla 3.8, se resumen los valores de dficit mensual.


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Tabla 3.8. Parmetros para la determinacin del ndice de Thornthwite

Parmetro Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiem Octubre Noviem Diciem Total anual(mm)

iP 182.9 160.0 216.3 192.8 164.6 75.4 38.9 32.4 133.2 229.7 286.9 240.8 1953.9

iETP 128.4 123.2 134.1 127.4 133.1 127.7 145.6 165.4 154.4 140.6 118.6 121.1 1619.6

iA 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 47.8 0.0 0.0 0.0 89.0 100.0 100.0 ---

iEXC 54.5 36.8 82.2 65.4 31.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 157.4 119.7 547.5

iDEF 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 58.9 133.0 21.3 0.0 0.0 0.0 213.2

d) Clculo del ndice de Thornthwite

ETPtotal anual = mmETPi

i 6.161912

1

==

EXC total anual = mmEXCi

i 5.54712

1

==

DEF total anual = mmDEFi

i 2.21312

1

==

- ndice de humedad

100=ETP

EXCIh %8.33100

6.1619

5.547==hI

- ndice de aridez

100=ETP

DEFIa %2.13100

6.1619

2.213==aI

- ndice de Thornthwite

ahm III = 6.0 9.252.136.08.33 +==mI

e) Categora del clima

De acuerdo a los rangos de ndice de Thornthwite dados en la Tabla 3.1, el clima de laregin se clasifica como Hmedo.

+


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3.4 Categora del clima por temperatura

3.4.1 Criterios de evaluacin

El criterio para categorizar el clima de la zona del proyecto desde el punto de vista de la

temperatura se basa en la temperatura media diaria del aire de los siete (7) dasconsecutivos ms calientes del ao (T7 das). Las categoras adoptadas para la aplicacindel presente Manual se indican en la Tabla 3.9.

Tabla 3.9. Categoras de clima por temperatura

Categorade clima

Temperatura media diaria del aire histrica, de lossiete (7) das consecutivos ms calientes del ao

T7 das(C)

Fro T7 das 20

Templado 20 < T7 das 30Clido T7 das> 30

3.4.2 Ejemplo de determinacin de la categora del clima por temperatura

La metodologa es la siguiente:

1. Obtener en el IDEAM, para la estacin meteorolgica representativa de la zona delproyecto, la serie histrica de los datos de temperatura media diaria del aire.Obviamente es una cantidad considerable de datos, trescientos sesenta y cinco (365)valores por cada ao de la serie histrica analizada.

2. Calcular, utilizando la ayuda de una hoja electrnica o el Programa PAV-NT1 deapoyo para la aplicacin de este Manual, el valor promedio de la temperatura mediadiaria del aire de los siete (7) das consecutivos ms calientes de cada ao de la seriehistrica (T7 das (i)), expresada en C. Para dicho clculo se debe aplicar el mtodo delas medias mviles. Para efectos del ejemplo, en la Tabla 3.10 se presentan losvalores que fueron encontrados mediante el clculo descrito en este numeral, en unaestacin meteorolgica con informacin disponible en el perodo 1991 2005, esdecir, quince (15) aos (n = 15).


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Tabla 3.10. Valor promedio de la temperatura media del aire de los siete (7) dasconsecutivos ms calientes del ao

Ao T7 das (i)C

1991 22.41992 23.6

1993 21.81994 20.41995 19.91996 21.4

1997 22.61998 23.11999 23.9

2000 24.12001 23.62002 23.3

2003 25.12004 24.72005 23.8

= 343.7

3. Calcular el promedio aritmtico de los valores T7 das (i)determinados para cada ao dela serie histrica analizada.

n

T

T

n

iidas

das

=

=

1

)(7

7

CT das 9.2215

7.3437 ==

4. Establecer la categora del clima por temperatura, con base en el criterio consignadoen la Tabla 3.9.

Para = CT das 9.227 Clima:Templado


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CAPTULO 4. ESTUDIO DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE DE LA SUBRASANTE

4.1 Introduccin

En la pavimentacin de una carretera de bajo volumen de trnsito, se pueden presentardos situaciones generales:

- La primera es el mejoramiento de una va existente, en la que la va a rectificar ypavimentar ya est construida y ha venido funcionando con superficie de rodadura enafirmado. Corresponde a la mayora de los casos.

- La segunda, que constituye la excepcin, es que la va se vaya a construir ypavimentar desde un principio.

Los trminos que se utilizan en la metodologa para la identificacin de las Unidadesdefinitivas de diseo son los siguientes:

- Proyecto. Es toda la longitud de va que se va a pavimentar. Puede estar constituidopor uno o ms sectores homogneos desde los puntos de vista de trnsito y clima.

- Sector. Es la longitud de va que presenta homogeneidad desde los puntos de vistade trnsito y clima. La cadena de sectores constituye el Proyecto. El caso frecuente esque el Proyecto est constituido por un nico sector.

- Tramo 1.Corresponde a una longitud de va en la que el proyecto geomtrico estmontado sobre la carretera en afirmado existente.

- Tramo 2.Corresponde a una longitud de va en la que el proyecto geomtrico se aleja

de la va existente, obligando a construir una explanacin nueva.

La cadena de tramos constituye un sector. Si dentro del sector no existen variantes queobliguen a abandonar la va existente, es decir que no se presentan Tramos 2, habra unnico Tramo 1 que coincidira con el sector.

La definicin de las fronteras entre tramos se establece analizando el proyecto geomtricoen planta.

Los tramos se debern subdividir en segmentos homogneos desde el punto de vista deltratamiento que se le debe dar al estudio de la subrasante. Tales segmentos homogneospodran ser:

- Segmento A.Corresponde a una longitud de va en la que la rasante del proyecto essensiblemente paralela al afirmado existente, siendo viable la utilizacin de dichoafirmado como parte de la estructura del pavimento.

- Segmento B.Corresponde a una longitud de va en la que la subrasante la constituyeel suelo natural del fondo de una explanacin o cajeo.


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- Segmento C.Corresponde a una longitud de va en la que la subrasante la constituyela corona de un terrapln.

La cadena de segmentos constituye un tramo. La definicin de las fronteras entresegmentos se realiza analizando el proyecto de rasante.

Cada uno de los segmentos deber ser analizado desde el punto de vista de lahomogeneidad de la capacidad de soporte de su subrasante para as establecer lasUnidades definitivas de diseo que lo integran.

- Unidad definitiva de diseo. Corresponde a una longitud de va en la que existehomogeneidad en el trnsito, el clima, las posibilidades de utilizar o no el afirmadoexistente como parte de la estructura del pavimento, los requerimientos de un eventualmejoramiento de la subrasante y la capacidad de soporte de la misma.

4.2 Criterios generales para la interaccin entre el proyecto geomtrico y el

diseo del pavimento cuando se trata de la rectificacin y pavimentacin devas existentes

Los comentarios que se indican a continuacin tienen como propsito plantear algunoscriterios y recomendaciones bsicos que debe atender el ingeniero de diseo geomtricoal momento de llevar a cabo el proyecto.

1. El criterio dominante para el diseo geomtrico deber ser, hasta donde sea posible,conservar el alineamiento en planta de la va existente, mantener inalterado suafirmado y, adems, poder utilizarlo como parte de la estructura del pavimento aconstruir. Se tendra la invaluable ventaja de cimentar la estructura de pavimentosobre una superficie ya estabilizada a lo largo de varios aos, se contara con

condiciones de mayor limpieza para los procesos constructivos, sobre todo enregiones con climas lluviosos y suelos blandos, y adems se obtendran ahorros enlos costos del proyecto.

Para lograr lo anterior, el ingeniero encargado del diseo geomtrico deber buscar lamayor conciliacin posible con la carretera existente sin incumplir las especificacionesgeomtricas mnimas que se deben observar para garantizar la SEGURIDAD de losusuarios.

2. Se deber tratar, respetando las especificaciones geomtricas en perfil y las cotasobligadas para alojar las estructuras de drenaje, de ajustar el diseo de la rasante enel eje a una lnea sensiblemente paralela al afirmado existente, trazada por encima de

dicha superficie una distancia vertical razonable para alojar la futura estructura delpavimento. Como es obvio, sta lnea de rasante se tendra que desplazarverticalmente algunos centmetros, dependiendo del espesor final de la estructura delpavimento, pero esto no constituira un problema relevante al momento de laconstruccin.

3. Se deber tener especial cuidado al momento de definir la posicin de la rasante en eleje en longitudes de va que incluyan curvas horizontales, en donde el peralte


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requerido por el diseo geomtrico obliga a desniveles importantes entre los bordesexternos de las bermas. Para definir la posicin de la rasante de proyecto en el eje sedeber dibujar la seccin transversal de la carretera existente en varias abscisasdentro de la curva horizontal, en las que aparecer el espesor del afirmado. Para elloel personal de campo del ingeniero de diseo geomtrico deber realizar, en forma

preliminar, una serie de pequeos sondeos (al menos tres por seccin) paraestablecer dicho espesor.

Al dibujo de la va existente en cada abscisa se superpondr la seccin transversalque se de

INVIAS - Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos Para Vías Con Bajos Volúmenes de Tránsito 2007

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