Zonificaci—n clim‡tica y herramientas para la gesti—n de la infraestructura vial de Costa Rica

 

 

Erick Gerardo Orozco Orozco Icono El contenido generado por IA puede ser incorrecto.

Profesor e investigador, Universidad de Costa Rica, erik.orozco@ucr.ac.cr

 

San Ram—n, Alajuela, Costa Rica

                Recibido: 17 de octubre 2025                                 Aceptado: 1 Junio 2026

 

 

RESUMEN: El objetivo de la investigaci—n fue elaborar una zonificaci—n de Costa Rica con las variables clim‡ticas necesarias para el dise–o de pavimentos y otras estructuras relacionadas, con el prop—sito de mejorar la gesti—n de la infraestructura vial en general. La metodolog’a analiz— la construcci—n de la zonificaci—n clim‡tica, mejoras en los modelos de las variables clim‡ticas del pa’s que han sido publicados y de uso general en profesionales, creaci—n de nuevos modelos para las variables clim‡ticas que tienen un impacto directo en la gesti—n de infraestructura vial, y la aplicaci—n de esos modelos para el desarrollo de herramientas para tal gesti—n. Los resultados se identificaron 16 zonas con caracter’sticas clim‡tica y 8 zonas de planicie, ocurriendo inundaciones en C, CS, GNG, N, PC, PN, UC, adem‡s, mostraron como la altitud incrementa, la confianza del PG decrece en las dos vertientes (Caribe y Pac’fico), y cada de las 16 zonas tiene su propio ’ndice h’drico o de humedad. En conclusi—n, el clima afecta negativamente la infraestructura vial, aunque es posible construir una zonificaci—n que integre los elementos y las caracter’sticas clim‡ticas; asimismo, esta zonificaci—n 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; seguridad 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 management in general. The methodology analyzed the construction of a climatic zoning, improvements in the models of the countryÕs climatic variables that have 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 identified 16 zones for management of road infrastructure and 8 flatlands zones, occurring floodings in C, CS, GNG, N, PC, PS, PN, UC, additionally showed as the altitude 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, although 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 RicasÕ climate; drainages; precipitation intensity; pavements; road safety; temperature. 

 

INTRODUCCIîN

 

En Costa Rica, a travŽs del tiempo, se han utilizado metodolog’as en el dise–o de diferentes obras de infraestructura procedentes de pa’ses en donde las condiciones no se asemejan a las que aqu’ se dan en aspectos como clima, sismicidad, topograf’a e influencias oce‡nicas.

 

Costa Rica es un pa’s con muchas particularidades. Una de las principales es la densidad de fen—menos naturales diversos. En sus 50 900 km2 continentales, comprende elevaciones desde los 0 hasta los 3800 m s.n.m; est‡ rodeada por dos ocŽanos que abarcan m‡s de 2000 kil—metros de litorales, los cuales a su vez modelan climas totalmente distintos; posee tres cadenas monta–osas centrales, de las cuales dos presentan volcanes activos; suelos que presentan una amplia variedad de caracter’sticas geotŽcnicas; presenta adem‡s una geolog’a que permite la formaci—n de nacientes de agua y almacenaje en acu’feros que abastecen a un alto porcentaje de la poblaci—n del pa’s.

 

Uno de los elementos principales de su geograf’a son los pasos de monta–a en donde se tiene la posibilidad de pasar de una vertiente a la otra en distancias cortas por las rutas que se han dise–ado en ellos. Por esta variedad de condiciones y por la importancia que revisten esas rutas en tŽrminos socioecon—micos, es fundamental tener una base de datos que permita gestionar de forma adecuada los proyectos viales existentes y futuros. En ellos, factores como los reg’menes excesivos de lluvia en el a–o (los cuales se traducen en tŽrminos de humedad en las obras sobre las cuales se apoya la carpeta de rodamiento que son sub - razante, base, sub - base), as’ como las fluctuaciones de temperatura afectan directamente los pavimentos. Adem‡s, las grandes 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 da–an la infraestructura directamente. Adem‡s, 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 carretera y por ende provocan accidentes.

 

Mediante una zonificaci—n clim‡tica es permisible generar propuestas para herramientas de gesti—n de la infraestructura vial, considerando de forma cuantitativa la influencia de las variables en los dise–os. Por lo tanto, el objetivo es elaborar una zonificaci—n de Costa Rica con las variables clim‡ticas necesarias para el dise–o de pavimentos y otras obras afines, as’ como a los sistemas de gesti—n de la infraestructura vial en general.

 

 

METODOLOGêA

 

En este apartado, se describe la metodolog’a de toda la investigaci—n planteada, sin embargo, los resultados que se muestran posteriormente est‡n enfocados a lo relacionado con los pavimentos. Se realizan tres tareas metodol—gicas fundamentales que definen el objetivo:

-        Construcci—n de una zonificaci—n clim‡tica del pa’s que tenga aplicaci—n en la gesti—n de infraestructura vial.

-        Mejoras en los modelos de las variables clim‡ticas del pa’s que se han publicado y son de uso general en los profesionales de las distintas ‡reas.

-        Creaci—n de nuevos modelos para variables clim‡ticas, los cuales tengan ingerencia directa en la gesti—n de la infraestructura vial.

-        Aplicaci—n de esos modelos en la consecuci—n de herramientas para la gesti—n de infraestructura vial, entre ellos: Temperaturas para la determinaci—n del PG del asfalto, datos de humedad para la cuantificaci—n de los m—dulos de las capas inferiores del pavimento, herramientas para la gesti—n de taludes de corte y relleno, mapeo de intensidades de lluvia para el dise–o de alcantarillas y cunetas, entre otros.

 

Figura 1. Metodolog’a de desarrollo de la investigaci—n.

 

 

Los efectos del clima interfieren significativamente en el dise–o de pavimentos tanto r’gidos como flexibles. En Costa Rica factores como la temperatura y la precipitaci—n (que finalmente se traduce como humedad del suelo) causan el deterioro de las estructuras de este tipo.

 

En general, una divisi—n podr’a darse as’: 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 construcci—n. No obstante, el da–o en capas inferiores genera da–o de la superficie de rodamiento, de ah’ que un problema de humedad tambiŽn est‡ asociado directamente con problemas a la superficie, aunque tŽcnicamente no se involucre en el dise–o de la carpeta de rodamiento.  Los principales da–os en la estructura de pavimento producto de las condiciones del clima son distintos en pavimentos r’gidos y flexibles.

 

 

 

Dentro de los principales da–os que ocasiona el clima en los pavimentos flexibles est‡n los siguientes:

 

-        El agrietamiento en las carpetas de rodamiento: Este es producto de los cambios dr‡sticos de temperatura cuando la capa se enfr’a m‡s de lo que soporta el ligante, o de la pŽrdida 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 pa’s, pues los valores de temperatura que se debe alcanzar son menores que -10 ¼C. Para el segundo caso es muy t’pico de Costa Rica, y se manifiesta de en forma de agrietamiento tipo Òcuero de lagartoÓ. Esto adem‡s de que ya es un da–o, promueve la infiltraci—n 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 m‡xima temperatura que soporta el ligante asf‡ltico, con lo cual este pierde rigidez y se empieza a comportar como un fluido viscoso. Al aplicar las cargas de tr‡nsito se da un hundimiento longitudinal en las zonas por donde pasan las ruedas de los veh’culos. Es una falla permanente. As’ entonces, las fluctuaciones de temperatura juegan un papel en la escogencia del tipo de asfalto que se debe usar en un proyecto. Adem‡s, es posible que se den roderas tambiŽn por problemas de humedad en la subrasante. Cuando esta 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 capacidad estructural de estas capas, con lo que al aplicar las cargas de tr‡nsito 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 estructurales como clim‡ticos (Chaverri, 2006).

 

Para el caso de los pavimentos r’gidos, se tienen las siguientes condiciones:

 

-        Agrietamiento: Se da producto del alabeo natural que tiene el concreto frente a los cambios tŽrmicos. Las expansiones y contracciones de las losas provocan agrietamientos si no se ha dise–ado un adecuado sistema de juntas. As’, un pavimento de concreto con un mal dise–o est‡ expuesto al agrietamiento aœn sin la presencia de cargas de tr‡fico. Las juntas deben ir selladas para evitar el ingreso del agua 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 principales tipos de agrietamiento que se tienen son: longitudinal (en la direcci—n del tr‡nsito), transversal (perpendicular a la direcci—n del tr‡nsito), 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 erosi—n. Es claro que se debe tener una adecuada transferencia de carga entre las losas para que no se de esta condici—n.

 

-        Desprendimiento de bloques de concreto: Esta condici—n se da cuando la presi—n que ejercen las losas es tal que no pueden resistir m‡s se dobla a lo largo, provocando una grieta transversal que desprende parte del concreto con lo cual se libera presi—n. Esta œltima se origina producto de las elevadas temperaturas y la falta de juntas de construcci—n.

 

El factor clim‡tico afecta de forma directa el comportamiento y el rendimiento de las estructuras de pavimentos. Ante estos problemas, en los dise–os se deben consideran varios factores del clima para poder tener Žxito en los proyectos. El mantenimiento preventivo (y no correctivo como se realiza en muchos pa’ses) permite solucionar da–os en las estructuras que generan las variables del clima. La lluvia o la temperatura, desde una perspectiva ingenieril, no son adversas en ningœn lugar, pues esas son las condiciones naturales que se deben prever y el especialista es el encargado de determinar cuales son los par‡metros de la localidad en donde se va a desarrollar el proyecto y darles el adecuado proceso de an‡lisis.

 

DETERMINACIîN DEL PG (PERFORMANCE GRADE) DE UN PROYECTO EN COSTA RICA

 

Para determinar este dato en la elaboraci—n de una mezcla asf‡ltica, se emplea la metodolog’a SUPERPAVE. En el caso costarricense se tiene una variante significativa, ya que las bajas temperaturas no est‡n presentes en el territorio y no es conveniente determinar la falla del ligante por agrietamiento producto de las temperaturas bajo cero grados, sino m‡s bien por la fatiga producto de las condiciones normales de operaci—n del proyecto, es decir la temperatura promedio. As’ entonces, el grado del asfalto que se escoge est‡ basado en la publicaci—n de La Gaceta del Martes 20 de diciembre de 2005. Esta mediante decreto aprueba ÒEl Reglamento TŽcnico Centroamericano de Especificaciones para AsfaltoÓ. En este se hace referencia a la prueba de cizalla din‡mica y se definen para el pa’s los grados de desempe–o para proyecto mediante esta especificaci—n. La especificaci—n requerida del PG de un proyecto en Costa Rica se muestra en el cuadro 1.

 

CUADRO 1. Valores para especificaci—n de escogencia del PG en Costa Rica.  

 

Altas Temperaturas (mayores a 40 ¼C)

Temperaturas promedio (mayores a 0¼C)

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.

 

 

 

 

 

 

ESCOGENCIA DEL VALOR DEL MîDULO RESILENTE (MR) O DEL MîDULO DE REACCIîN (k) EN UN PAVIMENTO

 

El clima influye de manera directa en estas propiedades, ya que el valor de los m—dulos var’a considerablemente segœn el contenido de humedad de los suelos. Sin embargo, en la ecuaci—n de dise–o de AASHTO, se incluye solamente un valor de todas las variaciones que tiene este par‡metro a travŽs del a–o. Por lo tanto, parte del proceso es determinar cuales son los valores de los m—dulos en las diferentes estaciones y generar el promedio que se debe emplear para obtener un da–o equivalente.

 

En los pa’ses con condiciones clim‡ticas extremas se pueden registrar valores de m—dulos diferentes en todos los meses, producto de la variaci—n estacional entre invierno, primavera, verano y oto–o. En el caso de Costa Rica se presentan tres condiciones clim‡ticas caracter’sticas: Žpoca lluviosa, Žpoca de transici—n y Žpoca seca.

 

La metodolog’a para determinaci—n del m—dulo de dise–o est‡ ligada al concepto de da–o relativo.

 

En el caso de los pavimentos flexibles este se calcula como:

 

uf = 1,18 x 108 (MR)-2,32 (Ecuaci—n 1)

 

donde:

MR es el m—dulo resiliente del suelo.

 

Para los pavimentos r’gidos, el valor del da–o relativo se calcula como:

 

ur = (D0,75  Р 0,39k0,25) 3,42 (Ecuaci—n 2)

 

 

donde:           

D es el valor del espesor de la losa de rodamiento en pulgadas.

            k es el m—dulo de reacci—n del suelo.

 

En el cuadro 2 se muestra la metodolog’a propuesta para obtener este valor del m—dulo de dise–o.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CUADRO 2. Proceso de escogencia de los m—dulos resiliente (pavimento flexible) o de reacci—n (pavimentos r’gidos) de dise–o en Costa Rica.

 

ƒpoca

M—dulo (MR o k)

Da–o Relativo (u)

Nœmero de Meses en el a–o de esa Žpoca

Da–o relativo por Žpoca

Seca

MRS

uS

A

A x uS

Transici—n

MRT

uT

B

B x uT

Lluviosa

MRL

uL

C

C x uL

Total da–o relativo

 = A x uS + B x uT + C x uL

Da–o relativo promedio

M—dulo de dise–o (MR o k)

Ecuaciones 1 y 2 usadas para encontrar el valor de MR o k.

 

PƒRDIDA DE SERVICIALIDAD POR SUELOS EXPANSIVOS

 

La servicialidad en una ruta suele perderse por tres factores fundamentales: el tr‡fico, la expansividad de los suelos, y la susceptibilidad al congelamiento en pa’ses fr’os. Para el caso de Costa Rica, se tienen los dos primeros, pues no se alcanzan en ninguna zona con rutas de tr‡nsito vehicular temperaturas tan bajas como para generar da–os en este sentido. Sin embargo, una ruta aœn sin tr‡fico, pero cimentada sobre suelos expansivos, sufre un da–o a travŽs del tiempo. Esta pŽrdida de servicialidad por expansividad de suelos est‡ dada de forma anal’tica por:

 

ΔPSISW= 0,003355VRPS(1  Р e-q t)(Ecuaci—n 3)

 

donde:           

θ es la constante de raz—n de expansividad dada en unidades de longitud sobre tiempo y var’a entre 0,04 y 0,20

VR es potencial de elevaci—n y est‡ dado en unidades de longitud.

PS es el potencial de expansividad y est‡ dado en porcentaje.

 

La metodolog’a para la determinaci—n de la perdida se incluye en la Gu’a de Dise–o de Pavimentos AASHTO 1993. Para la determinaci—n de la constante de expansividad (coeficiente de hinchamiento θ) se debe incluir como par‡metro la humedad del suelo, la que se puede relacionar con la precipitaci—n anual segœn lo plantea la gu’a (figura 2). Entonces, si se tienen bajas precipitaciones en el a–o y un buen drenaje es se–al de baja humedad suministrada a la subrasante, mientras que el caso opuesto, cuando hay altas precipitaciones y constantes en el a–o, adem‡s de un pobre drenaje est‡ asociado a condiciones de alta presencia de humedad en el suelo.

 

Figura 2. Nomograma para la determinaci—n de la constante de expansividad en la f—rmula 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 est‡ dado en porcentaje. Este corresponde al porcentaje del ‡rea del proyecto que tiene potencial de hinchamiento. De ah’ que es œtil, tener zonificados y caracterizados de forma geotŽcnica los suelos presentes en la geograf’a del pa’s.

 

 

RESULTADOS Y DISCUSIîN

 

Aunque la investigaci—n completa comprende una amplia variedad de resultados para los distintos componentes de los proyectos viales (como se explica en la metodolog’a), en este art’culo debido al enfoque del congreso, se presentan los que involucran directamente el pavimento como objeto de estudio.

 

 

LA ZONIFICACIîN

 

La presente zonificaci—n, aunque es de car‡cter clim‡tico en su origen, posee como funci—n principal la aplicaci—n a la gesti—n de infraestructura vial. En total se han definido 16 regiones clim‡ticas a las cuales se les ha asignado un c—digo, con el fin de simplificar su nombre cuando se hace referencia a cada una.

 

Los l’mites de las zonas se obtuvieron a partir de los siguientes insumos:

 

-        Cuencas hidrogr‡ficas de Costa Rica.

-        Clasificaci—n clim‡tica de Kšppen.

-        Mapa de zonas de vida de Holdrige.

-        Clasificaci—n de los climas de Costa Rica de Wilbert Herrera, 1986.

-        Clasificaci—n clim‡tica propuesta por Solano y Villalobos del Instituto Meteorol—gico Nacional, 2000.

-        Delimitaci—n 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 investigaci—n (figura 3).  

 

Figura 3. Densidad vial (red de carreteras y caminos) de Costa Rica. Basado en cuadr’culas de 25 km2 y red de carreteras y caminos del Instituto Geogr‡fico Nacional Escala 1:50000.

 

La descripci—n en el pa’s 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 reg’menes de temperaturas), la precipitaci—n anual, los d’as de lluvia, el rŽgimen estacional entre per’odo seco y hœmedo, y otras. En el cuadro 3, se muestran caracter’sticas f’sicas de las distintas regiones.

 

Figura 4. Zonificaci—n clim‡tica de Costa Rica para la gesti—n de infraestructura vial.

 

CUADRO 3. Variables geogr‡ficas promedio para cada una de las zonas propuestas.

Regi—n

S’mbolo

çrea (km2)

Porcentaje de ‡rea (%)

Elevaci—n media

(m 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 Tilar‡n

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

Pac’fico Central

PC

2661

5,2

316

Pac’fico Sur

PS

3872

7,6

233

Pen’nsula 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

Volc‡nica Central Pac’fico

VCP

474

0,9

1842

 

Total

50969

100,0

 

 

 

 

EL CLIMA COMO HERRAMIENTA DE GESTIîN

 

En el dise–o de un proyecto vial, se requieren par‡metros numŽricos, los cuales permitan obtener espesores, ‡ngulos de taludes, di‡metros de alcantarillas, y otros datos que se incluir‡n en las obras que se construyan. No obstante, en aspectos como, por ejemplo, la seguridad vial, los par‡metros de dise–o muchas veces est‡n relacionados con vidas humanas y no se pueden cuantificar de forma tan pr‡ctica como para otras obras.

 

En el cuadro 4 se pueden ver caracter’sticas clim‡ticas puras de las distintas zonas. Algunas de estas son de importante aplicaci—n en la gesti—n de obras viales, y muchas permiten incidir en las pol’ticas nacionales de seguridad vial.

 

Para el caso de Costa Rica, se deben resaltar las zonas con condici—n de neblina casi perenne. Estas son: CGT, CA, VCP, NA. Estas al tener pasos de monta–a (zonas ubicadas entre formaciones monta–osas), poseen rutas muy importantes de la red vial del pa’s, ya que comunican regiones de alta productividad con el Valle Central (principal regi—n socioecon—mica de Costa Rica) y tambiŽn desde luego se da la comunicaci—n entre regiones perifŽricas.

 

En su gesti—n, estas v’as deben tener una adecuada se–alizaci—n tanto informativa como preventiva, pues se caracterizan por la poca visibilidad producto de su dise–o geomŽtrico de monta–a (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 aœn m‡s peligrosas en materia de la psicolog’a del conductor. Deben tener adem‡s por las condiciones clim‡ticas un adecuado dise–o de drenajes y taludes, adem‡s de obras de protecci—n para evitar que los conductores de las v’as 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 monta–a desde el Caribe. En la estaci—n lluviosa del Pac’fico los vientos llevan las lluvias a estas zonas desde el suroeste, y los pasos de monta–a permiten la entrada de los vientos del noreste. As’, 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, Tilar‡n y San Ram—n tienen esta condici—n tan particular. Ya estas zonas fueron mencionadas en el cap’tulo anterior junto con los modelos de intensidad. Para ellas se deben elaborar dise–os de alcantarillas muy detallados, pues un mal dise–o de alcantarilla puede dar al traste con una v’a.

 

En estas localidades, se debe tener una adecuada implementaci—n de los alcantarillados pluviales, pues al tener intensidades tan elevadas, es posible que, si no son dise–ados para per’odos de retorno altos, puedan colapsar provocando pŽrdidas aœn 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 mencion— 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 r’os, los cuales generan inundaciones a–o con a–o.

 

La frecuencia en la ocurrencia de inundaciones ha predominado en la Vertiente del Caribe, en donde r’os como el Matina, Pacuare, Reventaz—n, San Carlos, Banano, Bananito, Sixaola, y otros, han causado pŽrdidas millonarias. Los da–os principales se dan en puentes, aumentando con ello el impacto producido en el da–o, ya que sus reparaciones requieren mucho tiempo para la ejecuci—n y adem‡s provocan pŽrdidas operativas en las v’as sumamente elevadas. No obstante, tambiŽn se destruyen gran cantidad de kil—metros de pavimentos y no dejando de lado desde luego las pŽrdidas humanas y de la calidad de vida de los habitantes de estas zonas. En el Pac’fico, R’os como el Parrita, el General, Tempisque y Bebedero, y otro m‡s han inundado poblaciones tales como Bagaces, Quepos, Parrita, y otras, generando tambiŽn pŽrdidas millonarias para el pa’s. Es as’ como la gesti—n en el dise–o de puentes y terraplenes de acceso a estos en zonas bajas es esencial, y para las 8 zonas definidas en el presente estudio se debe tener esa condici—n. Es v‡lido recordar que esas zonas son: C, CS, GNG, N, PC, PS, PN, UC. De estas las que registran tradicionalmente la mayor problem‡tica son Caribe, GNG, Caribe Sur y Pac’fico Central.

 

CUADRO 4. Principales caracter’sticas clim‡ticas requeridas en la gesti—n de infraestructura vial de las distintas zonas.

Regi—n

Caracter’sticas principales

Caribe

Precipitaciones muy altas durante todo el a–o, inundaciones, alta humedad, altas temperaturas.

Caribe Alta

Precipitaciones por orograf’a durante todo el a–o, mayor rŽgimen de humedad del pa’s, mayor cantidad de d’as de lluvia, presencia de neblina casi perenne para elevaciones entre los 600 y 1500 m.s.n.m., topograf’a irregular, alta propensi—n a deslizamientos.

Caribe Sur

Precipitaci—n moderada durante el a–o, altas temperaturas.

Cordillera de Guanacaste y Tilar‡n

Precipitaciones moderadas en el a–o, zonas con alta velocidad del viento en los pasos de monta–a, presencia de nubosidad ocasional en los pasos de monta–a, temperaturas moderadas, altas intensidades de lluvia en algunas zonas.

Golfo de Nicoya y Llanura Guanacasteca

Temperaturas m‡s altas del pa’s, zonas muy secas, intensidades de lluvia m‡s altas del pa’s, menor cantidad de d’as de lluvia, muy alta velocidad del viento en Žpoca seca.

Los Santos

Zona monta–osa, topograf’a muy irregular, altas precipitaciones, propensi—n a deslizamientos, temperaturas muy bajas en algunos puntos (Cerro de la Muerte).

Norte

Alta cantidad de d’as de lluvia en el a–o, alta precipitaci—n anual, elevada humedad, altas temperaturas.

Norte Alta

Alta cantidad de d’as de lluvia en el a–o, elevado promedio de precipitaci—n, saturaci—n de los suelos producto del exceso de precipitaci—n y baja temperatura, topograf’a irregular, potencial de deslizamientos, presencia de neblina durante un alto porcentaje del tiempo.

Pac’fico Central

Alta fluctuaci—n tŽrmica, presencia de elevada humedad, altas temperaturas, fuerte Žpoca lluviosa, topograf’a irregular con fuertes taludes en muchos tramos de las rutas, potencial de inundaci—n en las zonas bajas costeras.

Pac’fico Sur

Elevado nivel de humedad, alta precipitaci—n anual, altas temperaturas, alta cantidad de d’as de lluvia en el a–o.

Pen’nsula de Nicoya

Elevadas temperaturas, rŽgimen pluviomŽtrico regular, elevaciones bajas con muchas irregularidades en el interior de la pen’nsula.

Talamanca

Zona monta–osa, elevada cantidad de d’as de lluvia y precipitaci—n anual, prevalecen las condiciones fr’as producto de las elevaciones.

Upala y Los Chiles

Condiciones de precipitaci—n moderadas, humedad moderada, altas temperaturas.

Valle Central

Condiciones clim‡ticas muy regulares, per’odo seco prolongado, vientos fr’os y de alta velocidad en el inicio de la Žpoca seca.

Valle del General

Altas temperaturas, precipitaci—n de regular a alta, fluctuaciones tŽrmicas significativas en el d’a y en el a–o.

Volc‡nica Central Pac’fico

Condiciones clim‡ticas muy regulares, disminuci—n de la temperatura conforme se asciende sobre la Cordillera, presencia de neblina en las zonas m‡s altas, principalmente las que est‡n cerca de los pasos de monta–a (Coronado, Zarcero, San JosŽ de la Monta–a, Pacayas de Alvarado entre otras).

 

GRADOS DE DESEMPE„O DE LOS ASFALTOS PARA LAS DISTINTAS REGIONES

 

En el dise–o de los pavimentos, una de las fases es la escogencia adecuada del ligante asf‡ltico que se va a emplear en la mezcla. Para el caso de Costa Rica, no se asociar‡ este dato a cada una de las zonas propuestas, ya que estas poseen variaci—n 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 algœn caso (figura 4).

 

Sin embargo, se propone una divisi—n en lo que concierne a las dos Vertientes. Esta es la zonificaci—n fundamental planteada. Para cada una de estas, se designaron grados de desempe–o 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 elevaci—n que podr’a experimentar un proyecto vial en Costa Rica; aunque existen elevaciones mayores, estas zonas est‡n protegidas por la ley como parques nacionales y no es posible de desarrollo de infraestructura m‡s que la de acceso.

 

En la escogencia de temperaturas se emplea la metodolog’a SUPERPAVE, con 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 elevaci—n a cada 250 m s.n.m el cual, combinado con el mapa topogr‡fico (figura 5) permite escoger los valores requeridos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CUADRO 5. Grado de desempe–o (PG) de proyecto en Costa Rica para bandas de elevaci—n a cada 250 m para la vertiente del Caribe. Los datos de temperaturas para los c‡lculos son obtenidos de estaciones del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE).

Vertiente

Elevaciones (m s.n.m)

PG para una confiabilidad del ... %

Desde

Hasta

50

85

90

95

98

99,9

Caribe

0

250

58 22

58 22

58 22

64 19

64 19

64 19

250

500

58 22

58 22

58 22

58 19

58 19

64 19

500

750

58 22

58 19

58 19

58 19

58 16

58 16

750

1000

58 19

58 19

58 19

58 16

58 16

58 16

1000

1250

52 19

58 16

58 16

58 16

58 16

58 13

1250

1500

52 19

52 16

52 16

52 13

52 13

58 13

1500

1750

52 16

52 16

52 16

52 13

52 13

52 10

1750

2000

52 16

52 13

52 13

52 13

52 10

52 10

2000

2250

52 13

52 13

52 13

52 10

52 10

52 10

2250

2500

46 13

52 10

52 10

52 10

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 desempe–o (PG) de proyecto en Costa Rica para bandas de elevaci—n a cada 250 m en la vertiente del Pac’fico. Los datos de temperaturas para los c‡lculos son obtenidos de estaciones del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE)

 

Vertiente

Elevaciones (m s.n.m)

PG para una confiabilidad del ... %

Desde

Hasta

50

85

90

95

98

99,9

Pac’fico

0

250

64 25

64 22

64 22

64 22

64 22

64 22

250

500

58 22

58 22

64 22

64 22

64 22

64 22

500

750

58 22

58 19

58 19

58 19

58 19

64 19

750

1000

58 19

58 19

58 19

58 19

58 19

58 16

1000

1250

58 19

58 16

58 16

58 16

58 16

58 16

1250

1500

52 16

58 16

58 16

58 16

58 16

58 13

1500

1750

52 16

52 13

52 13

52 13

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

 

 

Figura 5. Elevaciones a cada 250 m s.n.m para escogencia del PG en Costa Rica. Fuente: Atlas Digital Costa Rica, 2000.

PROPUESTA CLIMçTICA PARA MUESTREO Y DETERMINACIîN DE MîDULOS DE DISE„O EN LOS SUELOS

 

El suelo es uno de los materiales base involucrados en el dise–o de un pavimento. Como tal, el estudio, definici—n y cuantificaci—n de sus propiedades es una labor indispensable para obtener buenos resultados en la gesti—n de infraestructura vial.

 

Dentro de los par‡metros del suelo que dependen del clima est‡ el valor de los m—dulos de resiliencia (pavimentos flexibles) o de reacci—n (pavimentos r’gidos), 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 Žpocas en las cuales se debe medir el valor de los m—dulos y garantizar la heterogeneidad de los mismos. Sin embargo, actualmente el Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa Rica (LANAMME) est‡ realizando un proyecto en esta l’nea.

 

En este sentido, y con el fin de delimitar propiamente la variable clim‡tica para el muestro de los m—dulos, se propone una tabla basada en la zonificaci—n elaborada, la cual permite definir segœn las zonas en las cuales se estŽn desarrollado los proyectos, cuales deben ser las Žpocas en que se midan los m—dulos, inclusive recomendando por mes para las tres Žpocas clim‡ticas caracter’sticas de Costa Rica. El cuadro 7 es, adem‡s, una herramienta de programaci—n de obras, ya que combinada con el mapa de d’as de lluvia en Costa Rica (figura 6), el cual se desarrollo como parte de esta investigaci—n, define en cuales Žpocas es mas probable que se tengan lluvias en las distintas zonas del pa’s, y con ello la posibilidad de programar el mantenimiento peri—dico de la red vial, y esto no solo en los pavimentos, sino tambiŽn las obras como taludes o limpieza de drenajes.

 

CUADRO 7. Datos de meses para uso en la escogencia de los m—dulos de resiliencia y reacci—n de las subrasantes en las distintas zonas.  

Zona

S’mbolo

Meses de ƒpoca seca (Mes caracter’stico)

Meses de ƒpoca de transici—n (Mes caracter’stico)

Meses de ƒpoca Lluviosa (Mes caracter’stico)

Caribe

C

0

1(setiembre)

11 (diciembre)

Caribe Alta

CA

0

1 (setiembre)

11 (diciembre)

Caribe Sur

CS

0

2 (marzo, setiembre)

10 (diciembre)

Cordillera de Guanacaste y Tilar‡n

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)

Pac’fico Central

PC

3 (marzo)

2 (abril, diciembre)

7 (setiembre, octubre)

Pac’fico Sur

PS

3 (febrero)

1 (abril)

8 (octubre)

Pen’nsula 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, principios de noviembre)

6 (setiembre)

Valle del General

VG

3 (marzo)

2 (abril, diciembre)

7 (octubre)

Volc‡nica Central Pac’fico

VCP

3 (marzo)

2 (abril, diciembre)

7 (setiembre)

 

Figura 6. D’as con lluvia en el a–o y zonificaci—n propuesta en Costa Rica.

Fuente: Solano y Villalobos, 2000.

 

METODOLOGêA PARA CALCULAR EL VALOR DE LA CONSTANTE DE EXPANSIVIDAD

 

Para poder cuantificar esta constante, es necesario proponer un par‡metro que involucre la influencia de la lluvia como portadora de humedad hacia los suelos. De esta forma, se formula el Ò’ndice de humedadÓ (o ’ndice h’drico). Este est‡ dado en funci—n de los d’as de lluvia y el valor de la precipitaci—n anual en mm. Se define el Ih como:

 

Ih = (Dlluvia x Panual) / 365000 (Ecuaci—n 4)

donde:

Dlluvia es el nœmero de d’as de lluvia en el a–o

Panual es la precipitaci—n media anual en mm

 

La forma en que se interpreta este ’ndice equivale al porcentaje del a–o en el cual se distribuye la lluvia. El 365000 equivale al producto de los 365 d’as del a–o por 1000 mm. De ah’ que las unidades en las que se expresa el ’ndice de humedad son en metros.

 

En el cuadro 8 se muestran los valores caracter’sticos a los cuales se puede asociar el dato de humedad del suelo que se muestra en la parte izquierda del gr‡fico para la determinaci—n de la constante de expansividad (figura 2). En el cuadro 9, se tiene el ’ndice de humedad promedio espacial en cada una de las zonas propuestas en el presente estudio. En la figura 7, se presenta la distribuci—n del ’ndice de humedad en Costa Rica. Esta al combinarse con una zonificaci—n de suelos en donde se identifiquen regiones con arcillas expansivas, permite completar la metodolog’a que se presenta. Vale acotar que el ’ndice h’drico no solo es un par‡metro de aplicaci—n en la gesti—n de infraestructura vial, sino que como tal es un par‡metro hidrol—gico muy significativo en la planificaci—n del uso del recurso h’drico y determinaci—n de zonas vulnerables a las sequ’as e inundaciones.

 

CUADRO 8. Clasificaci—n cualitativa del ’ndice de humedad para su uso en la escogencia del valor de la constante de expansividad.

Clasificaci—n

Valores del ’ndice de humedad (Ih) (m)

Seco

Menor a 1,00

Hœmedo Seco

1,00 - 1,75

Hœmedo

1,75 - 2,40

Muy Hœmedo

2,40 - 3,30

Extremadamente Hœmedo

Mayor a 3,30

 

CUADRO 9.  êndices de humedad promedio espacial correspondientes a cada una de las zonas propuestas.  

Zona

S’mbolo

êndice de Humedad Promedio (m)

Clasificaci—n

Golfo de Nicoya y Llanura Guanacasteca

GNG

0,58

Seco

Pen’nsula de Nicoya

PN

0,72

Seco

Valle Central

VC

0,87

Seco

Caribe Sur

CS

1,14

Hœmedo Seco

Volc‡nica Central Pac’fico

VCP

1,25

Hœmedo Seco

Cordillera de Guanacaste y Tilar‡n

CGT

1,29

Hœmedo Seco

Los Santos

LS

1,44

Hœmedo Seco

Pac’fico Central

PC

1,50

Hœmedo Seco

Valle del General

VG

1,65

Hœmedo Seco

Upala y Los Chiles

UC

1,67

Hœmedo Seco

Norte

N

1,98

Hœmedo

Talamanca

T

2,07

Hœmedo

Norte Alta

NA

2,08

Hœmedo

Pac’fico Sur

PS

2,30

Hœmedo

Caribe Alta

CA

2,36

Hœmedo

Caribe

C

2,40

Muy Hœmedo

 

 

Figura 7. Distribuci—n del ’ndice H’drico o de humedad en Costa Rica y zonificaci—n propuesta.

 

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

 

CONCLUSIONES

 

-        Es posible en un pa’s, construir una zonificaci—n que asocie los elementos y caracter’sticas del clima de las distintas regiones a la gesti—n de la infraestructura vial, la cual est‡ influenciada y determinada durante toda su vida œtil por el clima.

 

-        La zonificaci—n propuesta, adem‡s de caracter’sticas clim‡ticas, define zonas con un alto potencial de crecimiento de la red vial, como los son las de GNG, PN, VG, y PC. Esta definici—n se basa en los criterios mostrados en el modelo de densidad de carreteras.

 

-        Las nuevas metodolog’as de dise–o (emp’rico - mecanista) involucran la variable clim‡tica como un insumo jer‡rquicamente igual a las cargas de tr‡nsito en el dise–o. Se debe recordar que en Costa Rica tradicionalmente un alto porcentaje de los esfuerzos en la obtenci—n de informaci—n previa se han dirigido a la determinaci—n de las proyecciones de tr‡nsito en las v’as. De ah’ la importancia de la inclusi—n directa y bases de datos para uso en la gesti—n de infraestructura vial.

 

-        En Costa Rica no existe una normativa clara que identifique suficientes aspectos del clima en la gesti—n de infraestructura de carreteras. B‡sicamente se cita como elemento œnico la publicaci—n 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 afectaci—n se da forma distinta entre los distintos componentes de una v’a. Por ejemplo, los pavimentos como tales en su carpeta se ven afectados m‡s 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 que en jerarqu’a ser’a idŽntico responsabilizar al exceso de tr‡nsito sobre las mismas, lo cual en el fondo es una se–al que hace ver el problema en la gesti—n.

 

-        Los elementos que se deben tener presente en la gesti—n de infraestructura vial son: el clima, las cargas tr‡nsito y los materiales. La interacci—n entre estos tres elementos, y la respuesta de los mismos ante la operaci—n de la obra se basan en el diagn—stico que se pueda hacer de estos, con lo cual est‡ ampliamente justificada la inversi—n en la investigaci—n y desarrollo de bases de datos para su uso en la gesti—n.

 

 

RECOMENDACIONES  

 

-        Se deben gestionar de forma integral y equitativa todos los elementos que componen un proyecto vial, ya que tradicionalmente en Costa Rica se le ha dado un alto porcentaje de inversi—n solo al pavimento. La integralidad en la gesti—n se valora cuando en el fallo de una obra como un talud, se induce en grandes pŽrdidas, tanto econ—micas como humanas en el peor de los casos.

 

-        Con el fin de promover una cultura de seguridad vial, aqu’ se han descrito zonas en las cuales se debe tener una inversi—n en este campo, pues por sus condiciones clim‡ticas la visibilidad es poco favorable y son rutas en las cuales el registro de accidentes es muy elevado.

 

-        Se debe incorporar de forma directa la variable clima en la gesti—n de las v’as, pues en la cultura de dise–o actual la variable m‡s importante que se considera es el tr‡nsito.

 

AGRADECIMIENTOS

 

Mi profundo y sincero agradecimiento a William Vargas, quien fue el director de este proyecto, brindando tanto el apoyo como la motivaci—n en realizar esta investigaci—n. Asimismo, al Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales (LANAMME) con su ayuda en el conocimiento tŽcnico.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

REFERENCIAS

 

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Barrantes, J. A., Liao, A., & Rosales, A. (1985). Atlas Climatol—gico de Costa Rica. Ministerio de Agricultura e Instituto Meteorol—gico Nacional.

 

Chaverri, J. (2006). Curso de Pavimentos [Notas de clase]. Escuela de Ingenier’a Civil, Universidad de Costa Rica.

 

Coronado Iturbide, J. (2002). Manual centroamericano para el dise–o de pavimentos. Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional y Secretar’a de Integraci—n Econ—mica.

 

Elizondo, F. (2006). Tecnolog’a SHRP para asfaltos. Metodolog’a SUPERPAVE [Presentaci—n en diapositivas]. Escuela de Ingenier’a Civil, Universidad de Costa Rica.

 

Herrera, W. (1986). Clima de Costa Rica. Editorial Universidad Estatal a Distancia (EUNED).

 

Huang, Y. (2004). Pavements analysis and design (2nd ed.). Prentice Hall.

 

JimŽnez, M. (2006). Dise–o de mezcla superpave asfalto [Presentaci—n en diapositivas]. Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales, Universidad de Costa Rica.

 

Poder Ejecutivo. (2005). Decreto Ejecutivo N¡ 32812 COMEX-MINAE-MEIC. La Gaceta N¡ 245. https://www.recope.go.cr/wp-content/uploads/2013/07/RTCA_75_01_20_04_Gasolina_Superior.pdf

 

de Solminihac Tampier, H. (1998). Gesti—n de infraestructura vial. Ediciones Universidad Cat—lica de Chile.

 

Solano Quintero, J., & Villalobos Flores, R. (2001). Aspectos fisiogr‡ficos aplicados a un bosquejo de regionalizaci—n geogr‡fico clim‡tico de Costa Rica. T—picos Meteorol—gicos y Oceanogr‡ficos, 8(1), 26-39. https://www.researchgate.net/publication/228799654_Aspectos_Fisiograficos_aplicados_a_un_Bosquejo_de_Regionalizacion_Geografico_Climatico_de_Costa_Rica