Zonificación climáti=
ca y
herramientas para la gestión de la infraestructura vial de Costa Ric=
a
Erick
Gerardo Orozco Orozco ![3D"Icono
El](3D"5724_galerada_31-51_archivos/image002.gif")
Profes=
or e
investigador, Universidad de Costa Rica, erik.orozco@ucr.=
ac.cr
San Ramón, Alajuela, Costa Rica
=
Recibido: 17 de octubre 2025 &n=
bsp; =
; &n=
bsp; Aceptado:
1 Junio 2026
RESUMEN: El objetivo de la investigación fue elaborar una
zonificación de Costa Rica con las variables climáticas
necesarias para el diseño de pavimentos y otras estructuras
relacionadas, con el propósito de mejorar la gestión de la
infraestructura vial en general. La metodología analizó la
construcción de la zonificación climática, mejoras en =
los
modelos de las variables climáticas del país que han sido
publicados y de uso general en profesionales, creación de nuevos mod=
elos
para las variables climáticas que tienen un impacto directo en la
gestión de infraestructura vial, y la aplicación de esos mode=
los
para el desarrollo de herramientas para tal gestión. Los resultados =
se
identificaron 16 zonas con características climática y 8 zona=
s de
planicie, ocurriendo inundaciones en C, CS, GNG, N, PC, PN, UC, ademá=
;s,
mostraron como la altitud incrementa, la confianza del PG decrece en las dos
vertientes (Caribe y Pacífico), y cada de las 16 zonas tiene su prop=
io
índice hídrico o de humedad. En conclusión, el clima
afecta negativamente la infraestructura vial, aunque es posible construir u=
na zonificación
que integre los elementos y las características climáticas;
asimismo, esta zonificación define zonas con un alto potencial de
crecimiento de la red vial, tales como GNG, PN, VG, y PC.
Palabras
claves: clima de Costa Rica; drenajes; intensidad de lluvia; pavimentos; segu=
ridad
vial; temperatura.
ABSTRACT:
The objective of the research was to elaborate a zoning of Costa Rica
with the necessary climatic variables for the design of pavement and other
related structures, with the purpose of improving the road infrastructure m=
anagement
in general. The methodology analyzed the construction of a climatic zoning,
improvements in the models of the country’s climatic variables that h=
ave
been published and are generally used by professionals in various fields,
creation of new models for climatic variables that have a direct impact on =
road
infrastructure management, and the application of these models in the
development of tools for road infrastructure management. The results identi=
fied
16 zones for management of road infrastructure and 8 flatlands zones, occur=
ring
floodings in C, CS, GNG, N, PC, PS, PN, UC, additionally showed as the alti=
tude
increases, the reliability of the PG decreases to both slopes (Caribbean and
Pacific), and each of the 16 zones has its own water or humidity index. In
conclusion, the climate negatively affects the road infrastructure, althoug=
h it
is possible to construct a zoning that integrates climate elements and
characteristics; also, this zoning defines zones with a high potential
development of the road infrastructure, such as GNG, PN, VG, y PC.
Key
words: Costa Ricas’ cli=
mate;
drainages; precipitation intensity; pavements; road safety; temperature.
INTRODUCCIÓN
En
Costa Rica, a través del tiempo, se han utilizado metodología=
s en
el diseño de diferentes obras de infraestructura procedentes de
países en donde las condiciones no se asemejan a las que aquí=
se
dan en aspectos como clima, sismicidad, topografía e influencias
oceánicas.
Costa
Rica es un país con muchas particularidades. Una de las principales =
es
la densidad de fenómenos naturales diversos. En sus 50 900 km2<=
/sup>
continentales, comprende elevaciones desde los 0 hasta los 3800 m s.n.m; está rodeada por dos océanos que
abarcan más de 2000 kilómetros de litorales, los cuales a su =
vez modelan
climas totalmente distintos; posee tres cadenas montañosas centrales=
, de
las cuales dos presentan volcanes activos; suelos que presentan una amplia
variedad de características geotécnicas; presenta ademá=
;s
una geología que permite la formación de nacientes de agua y =
almacenaje
en acuíferos que abastecen a un alto porcentaje de la població=
;n
del país.
Uno
de los elementos principales de su geografía son los pasos de
montaña en donde se tiene la posibilidad de pasar de una vertiente a=
la
otra en distancias cortas por las rutas que se han diseñado en ellos.
Por esta variedad de condiciones y por la importancia que revisten esas rut=
as
en términos socioeconómicos, es fundamental tener una base de
datos que permita gestionar de forma adecuada los proyectos viales existent=
es y
futuros. En ellos, factores como los regímenes excesivos de lluvia e=
n el
año (los cuales se traducen en términos de humedad en las obr=
as
sobre las cuales se apoya la carpeta de rodamiento que son sub - razante, base, sub - base), así como las fluct=
uaciones
de temperatura afectan directamente los pavimentos. Además, las gran=
des
tormentas con fuertes intensidades de lluvia inciden negativamente sobre las
obras de drenaje. El exceso de humedad sobre los taludes de las rutas causa=
en
muchos casos deslizamientos que impiden el paso y dañan la
infraestructura directamente. Además, las adversas condiciones del
tiempo, como por ejemplo la neblina o la lluvia continua, desfavorecen a los
conductores en sus maniobras al impedir la visibilidad, el agarre en carret=
era
y por ende provocan accidentes.
Mediante una zonificación
climática es permisible generar propuestas para herramientas de
gestión de la infraestructura vial, considerando de forma cuantitati=
va
la influencia de las variables en los diseños. Por lo tanto, el obje=
tivo
es elaborar una zonificaci&oacut=
e;n de
Costa Rica con las variables climáticas necesarias para el dise&ntil=
de;o
de pavimentos y otras obras afines, así como a los sistemas de
gestión de la infraestructura vial en general.
METODOLOGÍA
En
este apartado, se describe la metodología de toda la
investigación planteada, sin embargo, los resultados que se muestran
posteriormente están enfocados a lo relacionado con los pavimentos. =
Se
realizan tres tareas metodológicas fundamentales que definen el
objetivo:
- =
Construcción
de una zonificación climática del país que tenga
aplicación en la gestión de infraestructura vial.
- =
Mejoras
en los modelos de las variables climáticas del país que se han
publicado y son de uso general en los profesionales de las distintas
áreas.
- =
Creación
de nuevos modelos para variables climáticas, los cuales tengan
ingerencia directa en la gestión de la infraestructura vial.
- =
Aplicación
de esos modelos en la consecución de herramientas para la gesti&oacu=
te;n
de infraestructura vial, entre ellos: Temperaturas para la determinaci&oacu=
te;n
del PG del asfalto, datos de humedad para la cuantificación de los
módulos de las capas inferiores del pavimento, herramientas para la
gestión de taludes de corte y relleno, mapeo de intensidades de lluv=
ia
para el diseño de alcantarillas y cunetas, entre otros.
![](3D"5724_galerada_31-51_archivos/image004.gif")
Figura 1. <=
/b>Metodo=
logía
de desarrollo de la investigación.
Los
efectos del clima interfieren significativamente en el diseño de
pavimentos tanto rígidos como flexibles. En Costa Rica factores como=
la
temperatura y la precipitación (que finalmente se traduce como humed=
ad
del suelo) causan el deterioro de las estructuras de este tipo.
En
general, una división podría darse así: el factor de
temperatura afecta directamente a las capas de rodamiento, y el factor de
humedad afecta directamente a las capas inferiores conformadas de suelo como
material de construcción. No obstante, el daño en capas
inferiores genera daño de la superficie de rodamiento, de ahí=
que
un problema de humedad también está asociado directamente con=
problemas
a la superficie, aunque técnicamente no se involucre en el dise&ntil=
de;o
de la carpeta de rodamiento. =
Los
principales daños en la estructura de pavimento producto de las cond=
iciones
del clima son distintos en pavimentos rígidos y flexibles.
Dentro
de los principales daños que ocasiona el clima en los pavimentos
flexibles están los siguientes:
- =
El
agrietamiento en las carpetas de rodamiento: Este es producto de los cambios
drásticos de temperatura cuando la capa se enfría más =
de
lo que soporta el ligante, o de la pérdida de capacidad estructural =
por
humedecimiento de las capas inferiores. En el primer caso se da la grieta
transversal, sin embargo, este no se ve en el país, pues los valores=
de
temperatura que se debe alcanzar son menores que -10 &=
ordm;C.
Para el segundo caso es muy típico de Costa Rica, y se manifiesta de=
en
forma de agrietamiento tipo “cuero de lagarto”. Esto adem&aacut=
e;s
de que ya es un daño, promueve la infiltración de agua lo cual
genera humedad adicional y genera un deterioro acelerado de la estructura. =
Otro
tipo de grietas son en las orillas y producto de la falla por deslizamiento=
. En
ninguna circunstancia se deben mantener abiertas las grietas.
- =
Roderas
o ahuellamiento: Se produce cuando se supera la máxima temperatura q=
ue
soporta el ligante asfáltico, con lo cual este pierde rigidez y se
empieza a comportar como un fluido viscoso. Al aplicar las cargas de
tránsito se da un hundimiento longitudinal en las zonas por donde pa=
san
las ruedas de los vehículos. Es una falla permanente. Así ent=
onces,
las fluctuaciones de temperatura juegan un papel en la escogencia del tipo =
de
asfalto que se debe usar en un proyecto. Además, es posible que se d=
en
roderas también por problemas de humedad en la subrasante. Cuando es=
ta
capa pierde capacidad estructural producto de la humedad excesiva, se puede=
dar
un hundimiento de todas las capas superiores de pavimento.
- =
Baches
abiertos: Estos se producen por el exceso de humedad en la base y subbase, =
lo
cual es producto del pobre drenaje. El exceso de humedad debilita la capaci=
dad
estructural de estas capas, con lo que al aplicar las cargas de trán=
sito
se da un hundimiento de la carpeta de rodamiento y se produce el bache. Sin
embargo, un bache puede ser ocasionado por muchos factores, tanto estructur=
ales
como climáticos (Chaverri, 2006).
Para
el caso de los pavimentos rígidos, se tienen las siguientes condicio=
nes:
- =
Agrietamiento:
Se da producto del alabeo natural que tiene el concreto frente a los cambios
térmicos. Las expansiones y contracciones de las losas provocan
agrietamientos si no se ha diseñado un adecuado sistema de juntas.
Así, un pavimento de concreto con un mal diseño está
expuesto al agrietamiento aún sin la presencia de cargas de
tráfico. Las juntas deben ir selladas para evitar el ingreso del agu=
a al
interior de las losas y a las capas inferiores. En estas, las superficies de
apoyo (capas inferiores) de las zonas de contacto entre losas (juntas) son
potencialmente erosionables con el ingreso del agua. Dentro de los principa=
les
tipos de agrietamiento que se tienen son: longitudinal (en la direcci&oacut=
e;n
del tránsito), transversal (perpendicular a la dirección del
tránsito), diagonal (se dan en las esquinas de la losa normalmente) =
- =
Asentamiento:
Se da cuando entre una losa y otra se tienen diferentes condiciones de medio
soportante, producto de la humedad o la erosión. Es claro que se debe
tener una adecuada transferencia de carga entre las losas para que no se de
esta condición.
- =
Desprendimiento
de bloques de concreto: Esta condición se da cuando la presión
que ejercen las losas es tal que no pueden resistir más se dobla a lo
largo, provocando una grieta transversal que desprende parte del concreto c=
on
lo cual se libera presión. Esta última se origina producto de=
las
elevadas temperaturas y la falta de juntas de construcción.
El
factor climático afecta de forma directa el comportamiento y el
rendimiento de las estructuras de pavimentos. Ante estos problemas, en los
diseños se deben consideran varios factores del clima para poder ten=
er
éxito en los proyectos. El mantenimiento preventivo (y no correctivo
como se realiza en muchos países) permite solucionar daños en=
las
estructuras que generan las variables del clima. La lluvia o la temperatura,
desde una perspectiva ingenieril, no son adversas en ningún lugar, p=
ues
esas son las condiciones naturales que se deben prever y el especialista es=
el
encargado de determinar cuales son los parámetros de la localidad en
donde se va a desarrollar el proyecto y darles el adecuado proceso de
análisis.
DETERMINACIÓN DEL PG
(PERFORMANCE GRADE) DE UN PROYECTO EN COSTA RICA
Para determinar este dato en la
elaboración de una mezcla asfáltica, se emplea la
metodología SUPERPAVE. En el caso costarricense se tiene una variante
significativa, ya que las bajas temperaturas no están presentes en e=
l territorio
y no es conveniente determinar la falla del ligante por agrietamiento produ=
cto
de las temperaturas bajo cero grados, sino más bien por la fatiga
producto de las condiciones normales de operación del proyecto, es d=
ecir
la temperatura promedio. Así entonces, el grado del asfalto que se
escoge está basado en la publicación de La Gaceta del Martes =
20
de diciembre de 2005. Esta mediante decreto aprueba “El Reglamento
Técnico Centroamericano de Especificaciones para Asfalto”. En =
este
se hace referencia a la prueba de cizalla dinámica y se definen para=
el
país los grados de desempeño para proyecto mediante esta
especificación. La especificación requerida del PG de un proy=
ecto
en Costa Rica se muestra en el cuadro 1.
CUADRO 1. Valores para especificación de escogencia del PG en
Costa Rica.
|
Altas
Temperaturas (mayores a 40 ºC) |
Temp=
eraturas
promedio (mayores a 0ºC) |
|
PG 46 |
10, 7, 4 |
|
PG 52 |
25, 22, 19, 16, 13, 10, 7 |
|
PG 58 |
25, 22, 19, 16, 13 |
|
PG 64 |
31, 28, 25, 22, 19, 16 |
|
PG 70 |
34, 31, 28, 25, 22, 19 |
|
PG 76 |
37, 34, 31, 28, 25 |
|
PG 82 |
40, 37, 34, 31, 28 |
Fuente: Poder Ejecutivo, 2005. <= o:p>
ESCOGENCIA DEL VALOR DEL M&Oacut=
e;DULO
RESILENTE (MR) O DEL MÓDULO DE REACCIÓN (k) EN UN
PAVIMENTO
El
clima influye de manera directa en estas propiedades, ya que el valor de los
módulos varía considerablemente según el contenido de
humedad de los suelos. Sin embargo, en la ecuación de diseño =
de
AASHTO, se incluye solamente un valor de todas las variaciones que tiene es=
te
parámetro a través del año. Por lo tanto, parte del
proceso es determinar cuales son los valores de los módulos en las
diferentes estaciones y generar el promedio que se debe emplear para obtene=
r un
daño equivalente.
En
los países con condiciones climáticas extremas se pueden
registrar valores de módulos diferentes en todos los meses, producto=
de
la variación estacional entre invierno, primavera, verano y
otoño. En el caso de Costa Rica se presentan tres condiciones
climáticas características: época lluviosa, épo=
ca
de transición y época seca.
La
metodología para determinación del módulo de dise&ntil=
de;o
está ligada al concepto de daño relativo.
En
el caso de los pavimentos flexibles este se calcula como:
uf =3D 1,18 x 10=
8
(MR)-2,32 (Ecuación 1)
donde=
:
MR
es el módulo resiliente del suelo.
Para
los pavimentos rígidos, el valor del daño relativo se calcula
como:
ur =3D (D0,75 – 0,39k0,25) 3,42 (Ecuación
2)
donde:
&=
nbsp;
D es el valor del espesor de la =
losa
de rodamiento en pulgadas.
&=
nbsp; k
es el módulo de reacción del suelo.
En
el cuadro 2 se muestra la metodología propuesta para obtener este va=
lor
del módulo de diseño.
CUADRO=
2. Proceso
de escogencia de los módulos resiliente (pavimento flexible) o de
reacción (pavimentos rígidos) de diseño en Costa Rica.=
|
&Eac=
ute;poca |
M&oa=
cute;dulo
(MR o k) |
Da&n=
tilde;o
Relativo (u) |
N&ua=
cute;mero
de Meses en el año de esa época |
Da&n=
tilde;o
relativo por época |
|
Seca=
|
M |
u |
A |
A x =
uS |
|
Tran=
sición |
M |
u |
B |
B x =
uT |
|
Lluv=
iosa |
M |
u |
C |
C x =
uL |
|
Total
daño relativo |
|
|||
|
Da&n=
tilde;o
relativo promedio |
|
|||
|
M&oa=
cute;dulo
de diseño (MR o k) |
Ecua=
ciones
1 y 2 usadas para encontrar el valor de MR o k. |
![](3D"5724_galerada_31-51_archivos/image006.gif")
![](3D"5724_galerada_31-51_archivos/image008.gif")
PÉRDIDA
DE SERVICIALIDAD POR SUELOS EXPANSIVOS
La
servicialidad en una ruta suele perderse por tres factores fundamentales: el
tráfico, la expansividad de los suelos, y la susceptibilidad al
congelamiento en países fríos. Para el caso de Costa Rica, se
tienen los dos primeros, pues no se alcanzan en ninguna zona con rutas de
tránsito vehicular temperaturas tan bajas como para generar da&ntild=
e;os
en este sentido. Sin embargo, una ruta aún sin tráfico, pero =
cimentada
sobre suelos expansivos, sufre un daño a través del tiempo. E=
sta
pérdida de servicialidad por expansividad de suelos está dada=
de
forma analítica por:
ΔPSISW=3D
0,003355VRPS(1&=
nbsp;
– e-<=
/sup>=
q t)(Ecuación 3)
donde:
&=
nbsp;
θ es la constante de raz&oa=
cute;n
de expansividad dada en unidades de longitud sobre tiempo y varía en=
tre
0,04 y 0,20
VR es potencial de
elevación y está dado en unidades de longitud.
PS es el potencial de=
expansividad
y está dado en porcentaje.
La
metodología para la determinación de la perdida se incluye en=
la
Guía de Diseño de Pavimentos AASHTO 1993. Para la
determinación de la constante de expansividad (coeficiente de
hinchamiento θ) se debe incluir como parámetro la humedad del
suelo, la que se puede relacionar con la precipitación anual
según lo plantea la guía (figura 2). Entonces, si se tienen b=
ajas
precipitaciones en el año y un buen drenaje es señal de baja
humedad suministrada a la subrasante, mientras que el caso opuesto, cuando =
hay
altas precipitaciones y constantes en el año, además de un po=
bre
drenaje está asociado a condiciones de alta presencia de humedad en =
el
suelo.
<=
!--[if gte vml 1]>![](3D"5724_galerada_31-51_archivos/image010.gif")
Figura 2. <=
/b>Nomogr=
ama
para la determinación de la constante de expansividad en la
fórmula de perdida de servicialidad (coeficiente de hinchamiento) por
suelos expansivos.
Fuente:
AASHTO, 1993.
Se
debe hacer referencia al valor del potencial de expansividad, el cual
está dado en porcentaje. Este corresponde al porcentaje del á=
rea
del proyecto que tiene potencial de hinchamiento. De ahí que es
útil, tener zonificados y caracterizados de forma geotécnica =
los
suelos presentes en la geografía del país.
RESULTADOS
Y DISCUSIÓN
Aunque la investigación
completa comprende una amplia variedad de resultados para los distintos
componentes de los proyectos viales (como se explica en la metodologí=
;a),
en este artículo debido al enfoque del congreso, se presentan los que
involucran directamente el pavimento como objeto de estudio.
LA ZONIFICACIÓN
La
presente zonificación, aunque es de carácter climático=
en
su origen, posee como función principal la aplicación a la
gestión de infraestructura vial. En total se han definido 16 regiones
climáticas a las cuales se les ha asignado un código, con el =
fin
de simplificar su nombre cuando se hace referencia a cada una.
Los
límites de las zonas se obtuvieron a partir de los siguientes insumo=
s:
- =
Cuencas
hidrográficas de Costa Rica.
- =
Clasificación
climática de Köppen.
- =
Mapa
de zonas de vida de Holdrige.
- =
Clasificación
de los climas de Costa Rica de Wilbert Herrera, 1986.
- =
Clasificación
climática propuesta por Solano y Villalobos del Instituto
Meteorológico Nacional, 2000.
- =
Delimitación
de zonas con alto potencial actual o de crecimiento futuro de la red vial. =
Esto
se muestra en el mapa de densidad vial de Costa Rica generado como parte de=
la
investigación (figura 3).
![](3D"5724_galerada_31-51_archivos/image012.jpg")
Figura 3. <=
/b>Densid=
ad
vial (red de carreteras y caminos) de Costa Rica. Basado en cuadrícu=
las
de 25 km2 y red de carreteras y caminos del Instituto
Geográfico Nacional Escala 1:50000.
La
descripción en el país de cada una de las zonas se puede ver =
en la
figura 4. Poseen variaciones significativas en su comportamiento, por las
elevaciones (lo cual caracteriza los regímenes de temperaturas), la
precipitación anual, los días de lluvia, el régimen
estacional entre período seco y húmedo, y otras. En el cuadro=
3,
se muestran características físicas de las distintas regiones=
.
<=
!--[if gte vml 1]>![](3D"5724_galerada_31-51_archivos/image014.jpg")
Figura 4. <=
/b>Zonifi=
cación
climática de Costa Rica para la gestión de infraestructura vi=
al.
CUADRO 3. Variables geográficas promedio para cada una de las
zonas propuestas.
|
Regi=
ón |
S&ia=
cute;mbolo |
&Aac=
ute;rea
(km2) |
Porc=
entaje
de área (%) |
Elev=
ación
media (m <=
span
class=3DSpellE>s.n.m) |
|
Caribe |
C |
8390 |
16,5 |
175 |
|
Caribe Alta |
CA |
5775 |
11,3 |
1411 |
|
Caribe Sur |
CS |
834 |
1,6 |
114 |
|
Cordillera de Guanacaste y
Tilarán |
CGT |
1217 |
2,4 |
923 |
|
Golfo de Nicoya y Llanura
Guanacasteca |
GNG |
8620 |
16,9 |
170 |
|
Los Santos |
LS |
1665 |
3,3 |
1465 |
|
Norte |
N |
4212 |
8,3 |
194 |
|
Norte Alta |
NA |
1713 |
3,4 |
912 |
|
Pacífico Central |
PC |
2661 |
5,2 |
316 |
|
Pacífico Sur |
PS |
3872 |
7,6 |
233 |
|
Península de Nicoya |
PN |
2679 |
5,3 |
248 |
|
Talamanca |
T |
2178 |
4,3 |
2203 |
|
Upala y Los Chiles |
UC |
1890 |
3,7 |
92 |
|
Valle Central |
VC |
1478 |
2,9 |
1130 |
|
Valle del General |
VG |
3311 |
6,5 |
642 |
|
Volcánica Central
Pacífico |
VCP |
474 |
0,9 |
1842 |
|
|
Total
|
50969 |
100,0 |
|
EL
CLIMA COMO HERRAMIENTA DE GESTIÓN
En
el diseño de un proyecto vial, se requieren parámetros
numéricos, los cuales permitan obtener espesores, ángulos de
taludes, diámetros de alcantarillas, y otros datos que se
incluirán en las obras que se construyan. No obstante, en aspectos c=
omo,
por ejemplo, la seguridad vial, los parámetros de diseño much=
as
veces están relacionados con vidas humanas y no se pueden cuantifica=
r de
forma tan práctica como para otras obras.
En
el cuadro 4 se pueden ver características climáticas puras de=
las
distintas zonas. Algunas de estas son de importante aplicación en la
gestión de obras viales, y muchas permiten incidir en las
políticas nacionales de seguridad vial.
Para
el caso de Costa Rica, se deben resaltar las zonas con condición de =
neblina
casi perenne. Estas son: CGT, CA, VCP, NA. Estas al tener pasos de montaña (zonas ubicadas
entre formaciones montañosas), poseen rutas muy importantes d=
e la
red vial del país, ya que comunican regiones de alta productividad c=
on
el Valle Central (principal región socioeconómica de Costa Ri=
ca) y
también desde luego se da la comunicación entre regiones
periféricas.
En
su gestión, estas vías deben tener una adecuada
señalización tanto informativa como preventiva, pues se
caracterizan por la poca visibilidad producto de su diseño
geométrico de montaña (curvas muy pronunciadas) y desde luego=
de
las condiciones casi perennes de lluvias o neblina presentes en estas.
Presentan un problema adicional que es falta de carriles y zonas de
adelantamiento, con lo cual se vuelven aún más peligrosas en
materia de la psicología del conductor. Deben tener además po=
r las
condiciones climáticas un adecuado diseño de drenajes y talud=
es,
además de obras de protección para evitar que los conductores=
de
las vías se salgan de las mismas y puedan caer a precipicios de gran
profundidad como se dan estas zonas.
Entre
las zonas con puntos de mayor intensidad de lluvia se encuentran GNG y CGT.
Esos valores de elevadas intensidades son coincidentes en algunos casos con
zonas en las cuales se dan pasos de montaña desde el Caribe. En la
estación lluviosa del Pacífico los vientos llevan las lluvias=
a
estas zonas desde el suroeste, y los pasos de montaña permiten la
entrada de los vientos del noreste. Así, un choque frontal detiene la
humedad que ingresa del Pacifico (pues los vientos del Noreste al pasar por=
las
Cordilleras son secos) y provocan precipitaciones muy fuertes descargando en
poco tiempo altas cantidades de lluvia. Zonas como Liberia, Bagaces,
Tilarán y San Ramón tienen esta condición tan particul=
ar.
Ya estas zonas fueron mencionadas en el capítulo anterior junto con =
los
modelos de intensidad. Para ellas se deben elaborar diseños de
alcantarillas muy detallados, pues un mal diseño de alcantarilla pue=
de
dar al traste con una vía.
En
estas localidades, se debe tener una adecuada implementación de los
alcantarillados pluviales, pues al tener intensidades tan elevadas, es posi=
ble que,
si no son diseñados para períodos de retorno altos, puedan
colapsar provocando pérdidas aún mayores, propiamente en las
ciudades. El potencial de inundaciones es otro de los factores que genera
problemas en la infraestructura vial en algunas de las zonas. Como se
mencionó anteriormente existen 8 zonas de planicie, las cuales poseen
elevaciones medias menores en todos los casos a 300 m.s.n.m. Estas llevan al
mar caudalosos ríos, los cuales generan inundaciones año con
año.
La
frecuencia en la ocurrencia de inundaciones ha predominado en la Vertiente =
del
Caribe, en donde ríos como el Matina, Pacuare, Reventazón, San
Carlos, Banano, Bananito, Sixaola, y otros, han causado pérdidas
millonarias. Los daños principales se dan en puentes, aumentando con
ello el impacto producido en el daño, ya que sus reparaciones requie=
ren
mucho tiempo para la ejecución y además provocan pérdi=
das
operativas en las vías sumamente elevadas. No obstante, tambié=
;n
se destruyen gran cantidad de kilómetros de pavimentos y no dejando =
de
lado desde luego las pérdidas humanas y de la calidad de vida de los
habitantes de estas zonas. En el Pacífico, Ríos como el Parri=
ta,
el General, Tempisque y Bebedero, y otro más han inundado poblaciones
tales como Bagaces, Quepos, Parrita, y otras, generando también
pérdidas millonarias para el país. Es así como la
gestión en el diseño de puentes y terraplenes de acceso a est=
os
en zonas bajas es esencial, y para las 8 zonas definidas en el presente est=
udio
se debe tener esa condición. Es válido recordar que esas zonas
son: C, CS, GNG, N, PC, PS, PN, UC. De estas las que registran tradicionalm=
ente
la mayor problemática son Caribe, GNG, Caribe Sur y Pacífico
Central.
CUADRO 4. Principales
características climáticas requeridas en la gestión de
infraestructura vial de las distintas zonas.
|
Reg=
ión |
Car=
acterísticas
principales |
|
Caribe |
Precipitaciones muy altas dura=
nte
todo el año, inundaciones, alta humedad, altas temperaturas. |
|
Caribe Alta |
Precipitaciones por orograf&ia=
cute;a
durante todo el año, mayor régimen de humedad del paí=
;s,
mayor cantidad de días de lluvia, presencia de neblina casi perenne
para elevaciones entre los 600 y 1500 m.s.n.m., topografía irregul=
ar,
alta propensión a deslizamientos. |
|
Caribe Sur |
Precipitación moderada
durante el año, altas temperaturas. |
|
Cordillera de Guanacaste y
Tilarán |
Precipitaciones moderadas en el
año, zonas con alta velocidad del viento en los pasos de
montaña, presencia de nubosidad ocasional en los pasos de
montaña, temperaturas moderadas, altas intensidades de lluvia en
algunas zonas. |
|
Golfo de Nicoya y Llanura
Guanacasteca |
Temperaturas más altas =
del
país, zonas muy secas, intensidades de lluvia más altas del
país, menor cantidad de días de lluvia, muy alta velocidad =
del
viento en época seca. |
|
Los Santos |
Zona montañosa,
topografía muy irregular, altas precipitaciones, propensión=
a
deslizamientos, temperaturas muy bajas en algunos puntos (Cerro de la
Muerte). |
|
Norte |
Alta cantidad de días de
lluvia en el año, alta precipitación anual, elevada humedad,
altas temperaturas. |
|
Norte Alta |
Alta cantidad de días de
lluvia en el año, elevado promedio de precipitación,
saturación de los suelos producto del exceso de precipitació=
;n y
baja temperatura, topografía irregular, potencial de deslizamiento=
s,
presencia de neblina durante un alto porcentaje del tiempo. |
|
Pacífico Central |
Alta fluctuación
térmica, presencia de elevada humedad, altas temperaturas, fuerte
época lluviosa, topografía irregular con fuertes taludes en
muchos tramos de las rutas, potencial de inundación en las zonas b=
ajas
costeras. |
|
Pacífico Sur |
Elevado nivel de humedad, alta
precipitación anual, altas temperaturas, alta cantidad de dí=
;as
de lluvia en el año. |
|
Península de Nicoya |
Elevadas temperaturas,
régimen pluviométrico regular, elevaciones bajas con muchas
irregularidades en el interior de la península. |
|
Talamanca |
Zona montañosa, elevada
cantidad de días de lluvia y precipitación anual, prevalecen
las condiciones frías producto de las elevaciones. |
|
Upala y Los Chiles |
Condiciones de precipitaci&oac=
ute;n
moderadas, humedad moderada, altas temperaturas. |
|
Valle Central |
Condiciones climáticas =
muy
regulares, período seco prolongado, vientos fríos y de alta
velocidad en el inicio de la época seca. |
|
Valle del General |
Altas temperaturas,
precipitación de regular a alta, fluctuaciones térmicas
significativas en el día y en el año. |
|
Volcánica Central
Pacífico |
Condiciones climáticas =
muy
regulares, disminución de la temperatura conforme se asciende sobr=
e la
Cordillera, presencia de neblina en las zonas más altas,
principalmente las que están cerca de los pasos de montaña
(Coronado, Zarcero, San José de la Montaña, Pacayas de Alva=
rado
entre otras). |
GRADOS
DE DESEMPEÑO DE LOS ASFALTOS PARA LAS DISTINTAS REGIONES
En
el diseño de los pavimentos, una de las fases es la escogencia adecu=
ada
del ligante asfáltico que se va a emplear en la mezcla. Para el caso=
de
Costa Rica, no se asociará este dato a cada una de las zonas propues=
tas,
ya que estas poseen variación en la temperatura producto de las
diferencias de elevaciones dadas en el interior de cada una, con lo cual no=
es
posible designar un solo PG en los proyectos viales que se desarrollan por
ejemplo en la zona LS por citar algún caso (figura 4).
Sin
embargo, se propone una división en lo que concierne a las dos
Vertientes. Esta es la zonificación fundamental planteada. Para cada=
una
de estas, se designaron grados de desempeño para elevaciones que van=
a
cada 250 m, desde el nivel de mar hasta los 3500 m s.n=
.m.,
lo cual es la mayor elevación que podría experimentar un proy=
ecto
vial en Costa Rica; aunque existen elevaciones mayores, estas zonas
están protegidas por la ley como parques nacionales y no es posible =
de
desarrollo de infraestructura más que la de acceso.
En
la escogencia de temperaturas se emplea la metodología SUPERPAVE, co=
n la
salvedad de que se debe asignar el PG al proyecto que se propone en la norma
costarricense que se puede observar en el cuadro 1. En los cuadros 5 y 6 se=
observan
los datos de los PG para las bandas de elevación a cada 250 m s.n.m el cual, combinado con el mapa topográfi=
co
(figura 5) permite escoger los valores requeridos.
CUADRO 5. Grado de desempeño (PG) de proyecto en Costa Rica pa=
ra
bandas de elevación a cada 250 m para la vertiente del Caribe. Los d=
atos
de temperaturas para los cálculos son obtenidos de estaciones del
Instituto Costarricense de Electricidad (ICE).
|
Ver=
tiente |
Ele=
vaciones
(m s.n.m) |
PG =
para
una confiabilidad del ... % |
||||||
|
Des=
de |
Has=
ta |
50<= o:p> |
85<= o:p> |
90<= o:p> |
95<= o:p> |
98<= o:p> |
99,=
9 |
|
|
Cari=
be |
0 |
250<= o:p> |
58 2=
2 |
58 2=
2 |
58 2=
2 |
64 1=
9 |
64 1=
9 |
64 19 |
|
250<= o:p> |
500<= o:p> |
58 2=
2 |
58 2=
2 |
58 2=
2 |
58 1=
9 |
58 1=
9 |
64 19 |
|
|
500<= o:p> |
750<= o:p> |
58 2=
2 |
58 1=
9 |
58 1=
9 |
58 1=
9 |
58 1=
6 |
58 16 |
|
|
750<= o:p> |
1000=
|
58 1=
9 |
58 1=
9 |
58 1=
9 |
58 1=
6 |
58 1=
6 |
58 16 |
|
|
1000=
|
1250=
|
52 1=
9 |
58 1=
6 |
58 1=
6 |
58 1=
6 |
58 1=
6 |
58 13 |
|
|
1250=
|
1500=
|
52 1=
9 |
52 1=
6 |
52 1=
6 |
52 1=
3 |
52 1=
3 |
58 13 |
|
|
1500=
|
1750=
|
52 1=
6 |
52 1=
6 |
52 1=
6 |
52 1=
3 |
52 1=
3 |
52 10 |
|
|
1750=
|
2000=
|
52 1=
6 |
52 1=
3 |
52 1=
3 |
52 1=
3 |
52 1=
0 |
52 10 |
|
|
2000=
|
2250=
|
52 1=
3 |
52 1=
3 |
52 1=
3 |
52 1=
0 |
52 1=
0 |
52 10 |
|
|
2250=
|
2500=
|
46 1=
3 |
52 1=
0 |
52 1=
0 |
52 1=
0 |
52 7=
|
52 7 |
|
|
2500 |
2750 |
46 10 |
46 10 |
46 10 |
46 7 |
46 7 |
52 7 |
|
|
2750 |
3000 |
46 10 |
46 7 |
46 7 |
46 7 |
46 7 |
46 4 |
|
|
3000 |
3250 |
46 10 |
46 7 |
46 7 |
46 4 |
46 4 |
46 4 |
|
|
3250 |
3500 |
46 7 |
46 7 |
46 4 |
46 4 |
46 4 |
46 4 |
CUADRO=
6
Grado =
de
desempeño (PG) de proyecto en Costa Rica para bandas de elevaci&oacu=
te;n
a cada 250 m en la vertiente del Pacífico. Los datos de temperaturas
para los cálculos son obtenidos de estaciones del Instituto
Costarricense de Electricidad (ICE)
|
Ver=
tiente |
Ele=
vaciones
(m s.n.m) |
PG =
para una
confiabilidad del ... % |
||||||
|
Des=
de |
Has=
ta |
50<= o:p> |
85<= o:p> |
90<= o:p> |
95<= o:p> |
98<= o:p> |
99,=
9 |
|
|
Pac&=
iacute;fico |
0 |
250<= o:p> |
64 2=
5 |
64 2=
2 |
64 2=
2 |
64 2=
2 |
64 22 |
64 22 |
|
250<= o:p> |
500<= o:p> |
58 2=
2 |
58 2=
2 |
64 2=
2 |
64 2=
2 |
64 22 |
64 22 |
|
|
500<= o:p> |
750<= o:p> |
58 2=
2 |
58 1=
9 |
58 1=
9 |
58 1=
9 |
58 19 |
64 19 |
|
|
750<= o:p> |
1000=
|
58 1=
9 |
58 1=
9 |
58 1=
9 |
58 1=
9 |
58 19 |
58 16 |
|
|
1000=
|
1250=
|
58 1=
9 |
58 1=
6 |
58 1=
6 |
58 1=
6 |
58 16 |
58 16 |
|
|
1250=
|
1500=
|
52 1=
6 |
58 1=
6 |
58 1=
6 |
58 1=
6 |
58 16 |
58 13 |
|
|
1500=
|
1750=
|
52 1=
6 |
52 1=
3 |
52 1=
3 |
52 1=
3 |
52 13 |
58 13 |
|
|
1750 |
2000 |
52 13 |
52 13 |
52 13 |
52 13 |
52 13 |
52 10 |
|
|
2000 |
2250 |
52 13 |
52 10 |
52 10 |
52 10 |
52 10 |
52 10 |
|
|
2250 |
2500 |
46 13 |
52 10 |
52 10 |
52 10 |
52 10 |
52 7 |
|
|
2500 |
2750 |
46 10 |
46 7 |
46 7 |
46 7 |
46 7 |
52 7 |
|
|
2750 |
3000 |
46 10 |
46 7 |
46 7 |
46 7 |
46 7 |
46 4 |
|
|
3000 |
3250 |
46 7 |
46 7 |
46 4 |
46 4 |
46 4 |
46 4 |
|
|
3250 |
3500 |
46 7 |
46 4 |
46 4 |
46 4 |
46 4 |
46 4 |
![](3D"5724_galerada_31-51_archivos/image016.jpg")
Figura 5. <=
/b>Elevac=
iones
a cada 250 m s.n.m para escogencia del PG en Co=
sta
Rica. Fuente: Atlas Digital Costa Rica, 2000.
PR=
OPUESTA
CLIMÁTICA PARA MUESTREO Y DETERMINACIÓN DE MÓDULOS DE
DISEÑO EN LOS SUELOS
El
suelo es uno de los materiales base involucrados en el diseño de un
pavimento. Como tal, el estudio, definición y cuantificación =
de
sus propiedades es una labor indispensable para obtener buenos resultados e=
n la
gestión de infraestructura vial.
Dentro
de los parámetros del suelo que dependen del clima está el va=
lor
de los módulos de resiliencia (pavimentos flexibles) o de
reacción (pavimentos rígidos), dado que la humedad genera
variaciones significativas en los mismos.
En
el caso costarricense aun no se ha hecho un muestreo general para poder
delimitar tanto las zonas como las épocas en las cuales se debe medi=
r el
valor de los módulos y garantizar la heterogeneidad de los mismos. S=
in embargo,
actualmente el Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales d=
e la
Universidad de Costa Rica (LANAMME) está realizando un proyecto en e=
sta
línea.
En
este sentido, y con el fin de delimitar propiamente la variable
climática para el muestro de los módulos, se propone una tabla
basada en la zonificación elaborada, la cual permite definir
según las zonas en las cuales se estén desarrollado los
proyectos, cuales deben ser las épocas en que se midan los
módulos, inclusive recomendando por mes para las tres épocas
climáticas características de Costa Rica. El cuadro 7 es,
además, una herramienta de programación de obras, ya que
combinada con el mapa de días de lluvia en Costa Rica (figura 6), el
cual se desarrollo como parte de esta investigación, define en cuales
épocas es mas probable que se tengan lluvias en las distintas zonas =
del
país, y con ello la posibilidad de programar el mantenimiento
periódico de la red vial, y esto no solo en los pavimentos, sino
también las obras como taludes o limpieza de drenajes.
CUADRO 7. Datos de meses para uso en la escogencia de los módu=
los
de resiliencia y reacción de las subrasantes en las distintas zonas.=
|
Zona=
|
S&ia=
cute;mbolo |
Mese=
s de
Época seca (Mes característico) |
Mese=
s de
Época de transición (Mes característico) |
Mese=
s de
Época Lluviosa (Mes característico) |
|
Cari=
be |
C |
0 |
1(se=
tiembre) |
11
(diciembre) |
|
Cari=
be
Alta |
CA |
0 |
1
(setiembre) |
11
(diciembre) |
|
Cari=
be Sur |
CS |
0 |
2 (m=
arzo,
setiembre) |
10
(diciembre) |
|
Cordillera de Guanacaste y
Tilarán |
CGT |
3 (marzo) |
2 (abril, diciembre) |
7 (setiembre, octubre) |
|
Golfo de Nicoya y Llanura
Guanacasteca |
GNG |
5 (marzo) |
2 (abril, noviembre) |
5 (setiembre, octubre) |
|
Los Santos |
LS |
4 (marzo) |
2 (abril, noviembre) |
6 (setiembre, octubre) |
|
Norte |
N |
0 |
1 (marzo) |
11 (setiembre) |
|
Norte Alta |
NA |
1 (marzo) |
2 (febrero, abril) |
9 (setiembre) |
|
Pacífico Central |
PC |
3 (marzo) |
2 (abril, diciembre) |
7 (setiembre, octubre) |
|
Pacífico Sur |
PS |
3 (febrero) |
1 (abril) |
8 (octubre) |
|
Península de Nicoya |
PN |
4 (marzo) |
2 (abril, noviembre) |
6 (setiembre) |
|
Talamanca |
T |
3 (enero, febrero, marzo) |
1 (diciembre) |
8 (setiembre) |
|
Upala y Los Chiles |
UC |
4 (marzo) |
1 (diciembre) |
7 (setiembre) |
|
Valle Central |
VC |
5 (marzo) |
1 (finales de abril, principio=
s de
noviembre) |
6 (setiembre) |
|
Valle del General |
VG |
3 (marzo) |
2 (abril, diciembre) |
7 (octubre) |
|
Volcánica Central
Pacífico |
VCP |
3 (marzo) |
2 (abril, diciembre) |
7 (setiembre) |
![](3D"5724_galerada_31-51_archivos/image018.jpg")
Figura 6. <=
/b>D&iacu=
te;as
con lluvia en el año y zonificación propuesta en Costa Rica. =
Fuente=
: Solano
y Villalobos, 2000.
METODOLOGÍA
PARA CALCULAR EL VALOR DE LA CONSTANTE DE EXPANSIVIDAD
Para
poder cuantificar esta constante, es necesario proponer un parámetro=
que
involucre la influencia de la lluvia como portadora de humedad hacia los su=
elos.
De esta forma, se formula el “índice de humedad” (o
índice hídrico). Este está dado en función de l=
os
días de lluvia y el valor de la precipitación anual en mm. Se define el Ih
como:
Ih =3D (D
donde=
:
La
forma en que se interpreta este índice equivale al porcentaje del
año en el cual se distribuye la lluvia. El 365000 equivale al produc=
to
de los 365 días del año por 1000 mm. De
ahí que las unidades en las que se expresa el índice de humed=
ad son
en metros.
En
el cuadro 8 se muestran los valores característicos a los cuales se
puede asociar el dato de humedad del suelo que se muestra en la parte izqui=
erda
del gráfico para la determinación de la constante de expansiv=
idad
(figura 2). En el cuadro 9, se tiene el índice de humedad promedio
espacial en cada una de las zonas propuestas en el presente estudio. En la
figura 7, se presenta la distribución del índice de humedad en
Costa Rica. Esta al combinarse con una zonificación de suelos en don=
de
se identifiquen regiones con arcillas expansivas, permite completar la
metodología que se presenta. Vale acotar que el índice h&iacu=
te;drico
no solo es un parámetro de aplicación en la gestión de
infraestructura vial, sino que como tal es un parámetro
hidrológico muy significativo en la planificación del uso del
recurso hídrico y determinación de zonas vulnerables a las
sequías e inundaciones.
CUADRO 8. Clasificación cualitativa del índice de humed=
ad para
su uso en la escogencia del valor de la constante de expansividad.
|
Clas=
ificación |
Valo=
res
del índice de humedad (Ih) =
(m) |
|
Seco |
Menor a 1,00 |
|
Húmedo Seco |
1,00 - 1,75 |
|
Húmedo |
1,75 - 2,40 |
|
Muy Húmedo |
2,40 - 3,30 |
|
Extremadamente Húmedo |
Mayor a 3,30 |
CUADRO 9. Índice=
s de
humedad promedio espacial correspondientes a cada una de las zonas propuest=
as.
|
Zona=
|
S&ia=
cute;mbolo |
&Iac=
ute;ndice
de Humedad Promedio (m) |
Clas=
ificación |
|
Golfo de Nicoya y Llanura
Guanacasteca |
GNG |
0,58 |
Seco |
|
Península de Nicoya |
PN |
0,72 |
Seco |
|
Valle Central |
VC |
0,87 |
Seco |
|
Caribe Sur |
CS |
1,14 |
Húmedo Seco |
|
Volcánica Central
Pacífico |
VCP |
1,25 |
Húmedo Seco |
|
Cordillera de Guanacaste y
Tilarán |
CGT |
1,29 |
Húmedo Seco |
|
Los Santos |
LS |
1,44 |
Húmedo Seco |
|
Pacífico Central |
PC |
1,50 |
Húmedo Seco |
|
Valle del General |
VG |
1,65 |
Húmedo Seco |
|
Upala y Los Chiles |
UC |
1,67 |
Húmedo Seco |
|
Norte |
N |
1,98 |
Húmedo |
|
Talamanca |
T |
2,07 |
Húmedo |
|
Norte Alta |
NA |
2,08 |
Húmedo |
|
Pacífico Sur |
PS |
2,30 |
Húmedo |
|
Caribe Alta |
CA |
2,36 |
Húmedo |
|
Caribe |
C |
2,40 |
Muy Húmedo |
![](3D"5724_galerada_31-51_archivos/image020.jpg")
Figura 7. <=
/b>Distri=
bución
del índice Hídrico o de humedad en Costa Rica y
zonificación propuesta.
CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
- =
Es
posible en un país, construir una zonificación que asocie los
elementos y características del clima de las distintas regiones a la
gestión de la infraestructura vial, la cual está influenciada=
y
determinada durante toda su vida útil por el clima.
- =
La
zonificación propuesta, además de características
climáticas, define zonas con un alto potencial de crecimiento de la =
red
vial, como los son las de GNG, PN, VG, y PC. Esta definición se basa=
en
los criterios mostrados en el modelo de densidad de carreteras.
- =
Las
nuevas metodologías de diseño (empírico - mecanista)
involucran la variable climática como un insumo jerárquicamen=
te
igual a las cargas de tránsito en el diseño. Se debe recordar=
que
en Costa Rica tradicionalmente un alto porcentaje de los esfuerzos en la
obtención de información previa se han dirigido a la
determinación de las proyecciones de tránsito en las ví=
;as.
De ahí la importancia de la inclusión directa y bases de datos
para uso en la gestión de infraestructura vial.
- =
En
Costa Rica no existe una normativa clara que identifique suficientes aspect=
os
del clima en la gestión de infraestructura de carreteras.
Básicamente se cita como elemento único la publicación=
en
la Gaceta de la norma para asfaltos relacionada con el PG.
- =
El
clima afecta de forma negativa a la infraestructura vial, sin embargo, esta
afectación se da forma distinta entre los distintos componentes de u=
na
vía. Por ejemplo, los pavimentos como tales en su carpeta se ven
afectados más por la temperatura, mientras que las capas inferiores =
se
ven afectadas mayormente por la humedad.
- =
No
se debe responsabilizar al clima por el mal estado de las carreteras, ya qu=
e en
jerarquía sería idéntico responsabilizar al exceso de
tránsito sobre las mismas, lo cual en el fondo es una señal q=
ue
hace ver el problema en la gestión.
- =
Los
elementos que se deben tener presente en la gestión de infraestructu=
ra
vial son: el clima, las cargas tránsito y los materiales. La
interacción entre estos tres elementos, y la respuesta de los mismos
ante la operación de la obra se basan en el diagnóstico que se
pueda hacer de estos, con lo cual está ampliamente justificada la
inversión en la investigación y desarrollo de bases de datos =
para
su uso en la gestión.
RECOMEND=
ACIONES
- =
Se
deben gestionar de forma integral y equitativa todos los elementos que comp=
onen
un proyecto vial, ya que tradicionalmente en Costa Rica se le ha dado un al=
to
porcentaje de inversión solo al pavimento. La integralidad en la
gestión se valora cuando en el fallo de una obra como un talud, se
induce en grandes pérdidas, tanto económicas como humanas en =
el
peor de los casos.
- =
Con
el fin de promover una cultura de seguridad vial, aquí se han descri=
to
zonas en las cuales se debe tener una inversión en este campo, pues =
por
sus condiciones climáticas la visibilidad es poco favorable y son ru=
tas
en las cuales el registro de accidentes es muy elevado.
- =
Se
debe incorporar de forma directa la variable clima en la gestión de =
las
vías, pues en la cultura de diseño actual la variable m&aacut=
e;s
importante que se considera es el tránsito.
AGRADECI=
MIENTOS
Mi profundo y sincero agradecimiento a William Vargas, quien fue el
director de este proyecto, brindando tanto el apoyo como la motivació=
;n
en realizar esta investigación. Asimismo, al Laboratorio Nacional de
Materiales y Modelos Estructurales (LANAMME) con su ayuda en el conocimiento
técnico.
REFERENC=
IAS
American
Association of State Highway and Transportation Officials. (1993). Design of
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