volumen nº3 - manual de carreteras

INDICE DE CONTENIDOS DEL VOLUMEN
MANUAL DE CARRETERAS
VOLUMEN Nº 3
INSTRUCCIONES Y CRITERIOS DE
DISEÑO
MARZO 2008
WWW.VIALIDAD.CL\MANUALDECARRETERAS - CHILE
INDICE DE CONTENIDOS DEL VOLUMEN
VOLUMEN N° 3
Instrucciones y Criterios de Diseño
MANUAL DE CARRETERAS
Junio 2002
MANUAL DE CARRETERAS
VOLUMEN N° 3
INSTRUCCIONES Y CRITERIOS DE DISEÑO
INTRODUCCION
El Manual de Carreteras de la Dirección de Vialidad es un documento de carácter normativo,
que sirve de guía a las diferentes acciones que son de competencia técnica del Servicio. En él se
establecen políticas, criterios, procedimientos y métodos que indican las condiciones por cumplir en los
proyectos viales y que guardan relación con la planificación, estudio, evaluación, diseño, construcción,
seguridad, mantenimiento, calidad e impacto ambiental.
Las disposiciones señaladas en este Manual deberán ser utilizadas tanto por los proyectistas
como por los constructores y por cualquier persona o entidad que desarrolle trabajos para la Dirección de
Vialidad, o en aquellos que estén bajo la supervisión de ella. A pesar que en el Manual se describen
diversos aspectos básicos relacionados con la ingeniería vial, no substituye el conocimiento cabal de las
materias tratadas, como tampoco la experiencia y el buen criterio, que deben ser parte integral del arte de la
ingeniería. Con él se pretende velar por la sistematización y uniformidad de criterios, considerando cuando
corresponda la experiencia e investigación local, con una adecuada coordinación de los diversos
especialistas. Las fórmulas, gráficos y acotaciones que se incluyen, tienen por objeto dar una solución
rápida de los problemas habituales que se presentan tanto en terreno como en gabinete; debiéndose
recurrir a la participación de especialistas en aquellos problemas más complejos no contemplados.
Como toda ciencia, la ingeniería vial está en permanente cambio y renovación, lo que
promueve a innovar, mejorar, ampliar o sustituir las disposiciones contenidas en el Manual. Es por ello que
la preocupación de mantenerlo al día debe ser una constante en las labores que desarrollen todos los
profesionales y técnicos ligados, de una u otra forma, al quehacer de la Dirección de Vialidad.
Sin embargo, como cuestión de procedimiento y ordenamiento general, todos los cambios que
se propongan en el sentido indicado, deben ser presentados formal y fundamentadamente a la instancia
respectiva de la Dirección de Vialidad. Esta los analizará y, si corresponde, resolverá sobre su incorporación
en el nivel que concierna, sea como caso particular en una obra o proyecto específico o como una
disposición de carácter general.
La estructura del Manual la conforman nueve volúmenes, acordes a las diferentes etapas y/o
especialidades involucradas. Ellos son los siguientes:
Volumen N° 1
Volumen N° 2
Volumen N° 3
Volumen N° 4
Volumen N° 5
Volumen N° 6
Volumen N° 7
Volumen N° 8
Volumen N° 9
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Planificación, Evaluación y Desarrollo Vial.
Procedimientos de Estudios Viales.
Instrucciones y Criterios de Diseño.
Planos de Obras Tipo.
Especificaciones Técnicas Generales de Construcción.
Seguridad Vial.
Mantenimiento Vial.
Especificaciones y Métodos de Muestreo, Ensaye y Control.
Estudio y Criterios Ambientales en Proyectos Viales.
El presente Volumen N°3, Instrucciones y Criterios de Diseño, pretende ser un apoyo
permanente tanto a directivos como a profesionales, técnicos y demás personal de esta área, público y
privado, estableciendo bases para un entendimiento más fácil y adecuado entre todas las partes
involucradas.
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VOLUMEN N° 3
Instrucciones y Criterios de Diseño
MANUAL DE CARRETERAS
3.002.1
Junio 2002
SECCION 3.002 ESTRUCTURA DEL VOLUMEN INSTRUCCIONES Y CRITERIOS DE DISEÑO
3.002.1
MATERIAS CUBIERTAS A NIVEL DE CAPITULOS
El Volumen se compone de once Capítulos cuyos temas principales se resumen a
continuación:
CAPITULO 3.000
INFORMACION GENERAL
Presenta los objetivos y alcances del Volumen, la estructura general y contenido del mismo, así
como un resumen de la nomenclatura utilizada. La Sección 3.004 “Sistema de Unidades” hace referencia a
la Norma Nch 30 Of98 que reproduce la Norma ISO 1000, relativa al Sistema Internacional de Unidades,
cuya síntesis se incluye en la Sección 2.004 del Volumen N° 2. Su empleo será obligatorio en los proyectos
de la Dirección de Vialidad. La Sección 3.005 resume la normativa vigente a la fecha de edición de este
Volumen, en relación con las dimensiones y pesos de los vehículos autorizados para circular por los
caminos del país sin requerir permisos especiales. Cuando no existen normas legales al respecto, se
indican los valores considerados para el diseño.
CAPITULO 3.100
CONTROLES BASICOS DE DISEÑO
El Capítulo trata inicialmente los factores que intervienen en la definición de las características
de las carreteras y caminos, distinguiéndose aquellos funcionales, físicos, de costo, humanos y
ambientales; para luego desarrollar una ponderación cualitativa de los más relevantes. A partir de lo
anterior se desarrollan los criterios que deberá considerar el Proyectista para definir las características de la
ruta, atendiendo a la función asignada, la demanda y característica del tránsito, los conceptos de velocidad
que intervienen en el diseño (Velocidades de Proyecto, Específica de los elementos curvos, de Operación
del conjunto de usuarios y Percentil 85%), los que reemplazan al antiguo concepto de Velocidad de Diseño.
Se describen los conceptos y alcances del Control de Acceso, las Facilidades para Peatones que se
relacionan con la vía y los Valores Estéticos y Ecológicos.
Con el objeto de introducir al Proyectista en la comprensión de las relaciones que definen la
Capacidad y Calidad del Servicio que se brinda al conjunto de usuarios de una carretera o camino, se
dedica un Tópico a Capacidad y Niveles de Servicio, mediante una breve síntesis de la teoría de Capacidad
de Carreteras expuesta en el Highway Capacity Manual (Transportation Research Bord (TRB) – 1997).
Finalmente se presenta el Sistema de Clasificación Funcional para Diseño, distinguiendo por
categorías:
Carreteras: Autopistas, Autorrutas y Primarias
Caminos : Primarios, Locales y de Desarrollo
Se entrega la definición conceptual de cada una de ellas, para finalmente resumir el
contenido del Capítulo mediante las Tablas 3.103.201.A “Clasificación Funcional para Diseño” y 3.103.3.A
“Características Típicas de las Obras Viales según la Clasificación Funcional”.
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VOLUMEN N° 3
Instrucciones y Criterios de Diseño
MANUAL DE CARRETERAS
3.002.1
Junio 2002
CAPITULO 3.200
DISEÑO GEOMETRICO DEL TRAZADO
Desarrolla los criterios, límites normativos y recomendaciones que deberá emplear el
Proyectista para el diseño de la Planta y el Alzado.
Se incorpora al diseño el concepto de Velocidad Percentil 85 (V85%) y los criterios de
predicción de dicha velocidad en rectas cuya longitud supere los 400 m, de lo que se derivan implicancias
fundamentales para un diseño más seguro del trazado en planta para aquellos usuarios que superan la
Velocidad de Proyecto; de igual modo, se establecen los criterios que definen la V* que se empleará para la
verificación de las distancias de visibilidad de parada y el diseño en alzado, respecto de aquel mismo grupo
de usuarios.
Sobre dichas bases se desarrollan las Secciones relativas a, Distancia de Visibilidad,
Verificación de las Distancias de Visibilidad, Trazado en Planta, Trazado en Alzado y Directrices para el
Diseño Especial de una Carretera.
En todos estas secciones se han actualizado los factores que intervienen en el cálculo,
ponderando la experiencia consignada en diversas normas e instructivos vigentes en los países de mayor
desarrollo. Se incorporan nuevos criterios en el tratamiento de parámetros tan importantes como el peralte
en elementos curvos para radios mínimos y sobre los mínimos; el concepto Velocidad Específica en los
elementos curvos y la relación entre elementos curvos consecutivos, que al estar muy próximos se
consideran dependientes. Todo ello en la perspectiva de brindar mayor seguridad a los usuarios sin
incrementar los costos de la obra.
En definitiva, este Capítulo presenta modificaciones sustanciales respecto de los criterios de
diseño considerados en el Capítulo 3.200 de la Versión de 1981, y en consecuencia, los Proyectistas
deberán prestar especial atención a los fundamentos que en él se exponen.
CAPITULO 3.300
LA SECCION TRANSVERSAL
Este capítulo norma las dimensiones de los elementos de la plataforma: calzada, bermas,
medianas y sobreancho de la plataforma (SAP), los que son función básicamente de la Velocidad de
Proyecto y de la demanda prevista al año horizonte del proyecto, todo lo cual tiene relación directa con la
Capacidad y Seguridad de la ruta.
El Concepto de “SAP” que reemplaza al antiguo “sac”, incorpora mayores anchos a este
elemento en función de la velocidad de proyecto, con el objeto de dar cabida a los elementos de seguridad
vial, cuyas dimensiones y huelgas respecto del borde de la berma aumentan en función de la velocidad de
Proyecto.
Los elementos asociados a la plataforma de subrasante, taludes y cunetas, son objeto de
normas específicas, en las que se han incorporado las nuevas tendencias respecto de la seguridad vial.
Elementos auxiliares, tales como estructuras de sostenimiento, soleras, fosos, contrafosos,
caminos de servicio y otras reposiciones, son también objeto de normas y recomendaciones,
inscribiéndoselos, junto a los demás ya citados, en el contexto más amplio de las franjas de expropiación y
derecho de vía.
Finalmente se incorporan a este Capítulo los antiguos Capítulos 3.800 “Normas para Obras
Varias” y 3.900 “Tratamiento de las Zonas Marginales”, que figuran en la versión de 1981 y que ahora se
presentan en las Secciones 3.308 y 3.309, respectivamente, debidamente actualizados.
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MANUAL DE CARRETERAS
3.002.1
Junio 2002
CAPITULO 3.400
INTERSECCIONES
El tratamiento de cruces y empalmes a nivel se desarrolla casi con la extensión de un texto,
acompañado de Láminas que ilustran las soluciones tipo, además de las respectivas Tablas y gráficos para
abordar el diseño de los diversos elementos constituyentes.
En primer término se identifica y define las unidades constitutivas de una intersección, con
imágenes que constituyen un apoyo a la búsqueda de los respectivos temas. Luego se presenta los
conceptos generales que determinan las características de una intersección y se sugiere un método para
abordar el proyecto. A continuación se presenta las soluciones tipo más comunes que ayudan al análisis de
alternativas. Finalmente se entrega las normas y recomendaciones aplicables al diseño geométrico de una
intersección.
Se incorpora también un tratamiento más amplio de las Intersecciones Rotatorias o Rotondas a
las que se dedica un Tópico especial al final del Capítulo. Se actualizan las Tablas relativas a elementos
mínimos del diseño considerando los vehículos tipo legalmente autorizados para circular por los caminos
públicos.
CAPITULO 3.500
ENLACES
El tratamiento de los dispositivos viales que permiten el intercambio de vehículos entre dos
o más vías que se cruzan a distinto nivel, o que eventualmente no se cruzan, se presenta bajo un
ordenamiento similar al descrito para el caso de Intersecciones. De hecho existe entre ambos capítulos una
estrecha ligazón y en diversos aspectos el Capítulo de Enlaces hace referencia a materias tratadas en
Intersecciones. Se recomienda por lo tanto un cabal conocimiento del Capítulo 3.400 antes de proceder con
el diseño de enlaces, que constituyen una etapa más avanzada de este tipo de proyectos.
Esta versión actualizada del Capítulo ha sido revisada a la luz de la experiencia
internacional vigente y la práctica de diseño en el país en los últimos años.
CAPITULO 3.600
DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA OBRA BASICA
Y DE LA PLATAFORMA
Este Capítulo aborda en primer término (Sección 3.602), las materias relativas al diseño de la
infraestructura de las obras viales, entendiendo como tales, las obras generadas por el movimiento de
tierras y/o roca requerido para materializar la plataforma del camino a nivel de subrasante, y los taludes de
terraplén y corte que su implantación requiere; los que a su vez pueden generar la necesidad de obras
complementarias a nivel de la fundación de terraplenes, elementos de contención de terraplenes y cortes,
etc. La Sección ha sido actualizada totalmente, incluyendo criterios y recomendaciones de diseño acordes
con las prácticas vigentes de la ingeniería geotécnica.
El diseño de la Superestructura del Camino se desarrolla en las tres Secciones siguientes,
comenzando por los criterios para el Diseño de Pavimentos, el Diseño de Pavimentos Nuevos (Flexibles
Rígidos y Tratamientos Superficiales) para finalmente abordar la Rehabilitación de Pavimentos de Asfalto y
Hormigón, considerando los diversos procedimientos de recaparpeteo y reposición aprobados por La Dirección
de Vialidad a la fecha de edición de la presente versión.
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Instrucciones y Criterios de Diseño
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3.002.1
Junio 2002
Los Pavimentos Flexibles (capas de mezclas asfálticas apoyadas sobre capas de suelos
seleccionados, con y sin tratar, o apoyados directamente sobre la subrasante), así como los Pavimentos
Rígidos (losas de hormigón apoyados sobre una base) se diseñan mediante el método propuesto por
AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) en sus versiones de los años
1993 y 1998 respectivamente. Ambos procedimientos se presentan con algunos ajustes y adaptaciones a
las condiciones nacionales.
Los Tratamientos Superficiales se diseñan de acuerdo con el procedimiento denominado
Tropical Procedures for Flexibles Pavements, desarrollado por W.J. Morin y Peter Todor.
CAPITULO 3.700
DISEÑO DEL DRENAJE, SANEAMIENTO, MECANICA E HIDRAULICA FLUVIAL
Se abordan en primer término los aspectos relativos a hidrología, o cálculo del caudal que
puede llegar a escurrir por una Sección de una hoya hidrográfica, asociado a un período de retorno dado.
Se presentan varios métodos según sea el tipo de información estadística disponible y se señala cuando la
complejidad del problema supera el ámbito del manual y es aconsejable la participación del especialista.
Esta versión actualizada precisa los Períodos de Retorno a emplear en el diseño, según el tipo
de obra, asociándolos al Riesgo de Falla correspondiente según la vida útil asignada a la obra. Se
incorporan los datos de la estadística actualizada para las estaciones pluviográficas procesadas en 1981 y
23 nuevas estaciones con lo que las estaciones disponibles pasa de 13 a 36, para las que se determinan
Coeficientes de Duración y Frecuencia con una amplia cobertura a nivel nacional.
La Sección relativa a drenaje transversal de la carretera analiza los problemas de ubicación y
dimensionamiento de obras de arte tales como tubos y alcantarillas. Especial importancia se da al tema del
dimensionamiento hidráulico de obras arte, discutiéndose los casos en que el flujo está controlado por
condiciones a la entrada o a salida de ella. Se incorporan expresiones analíticas para dimensionar
alcantarillas con control de entrada.
El drenaje superficial de la plataforma, o drenaje longitudinal, se presenta en Sección aparte,
incluyéndose el análisis hidráulico de cunetas, sumideros, contrafosos, etc.
Para abordar la rectificación o desvío de canales se presenta un completo análisis del
problema, incluyendo métodos de cálculo y recomendaciones empíricas para el caso de canales no
erosionables o revestidos. Para canales erosionables se presenta el método de la velocidad máxima
permisible y el de la fuerza tractriz. Finalmente se incluye una Sección destinada al drenaje subterráneo
orientada a dar solución a los problemas de mayor ocurrencia en los proyectos de carreteras.
Las Secciones 3.707 “Procedimientos y Técnicas de Hidráulica y Mecánica Fluvial” y 3.708
“Diseño de Obras de Defensas Fluviales” se incorporan al Manual de Carreteras en este versión
actualizada. La primera Sección presenta un tratamiento teórico riguroso y detallado con las aplicaciones
prácticas correspondientes, que se desarrollan abordando los Métodos de Cálculo Hidráulico Fluvial, los de
Cálculo Mecánico Fluvial y los de Cálculo de la Socavación. La última Sección aborda el Diseño de Obras
de Defensas Fluviales, mediante la definición de los conceptos básicos, para luego entregar los Criterios
Generales de Diseño de las Obras Fluviales aplicadas a espigones, defensas longitudinales y obras de
retención de sedimentos, todas las que se ilustran mediante obras tipo características. Por último se dan
recomendaciones generales relativas a Aspectos Constructivos y de Mantención de las Obras.
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MANUAL DE CARRETERAS
3.002.1
Junio 2002
CAPITULO 3.800
TUNELES
Este Capítulo que se incorpora al Manual de Carreteras en la presente versión, comprende
siete secciones, a saber: Aspectos Generales, que cubre la Clasificación de las Obras Viales Subterráneas;
Definición Geométrica de los Túneles (Planta, Alzado, Sección Transversal); Estudios de Ingeniería Básica,
Criterios de Diseño Estructural; Criterios de Diseño de Instalaciones Electromecánicas, de Control y
Seguridad, y finalmente, Alcances de los Estudios según el Nivel que se este desarrollando.
Los Criterios de Diseño Estructural se definen y describen de acuerdo con las metodologías y
procedimientos normalmente empleados a nivel mundial, los que han sido usados en nuestro medio para la
construcción de numerosas obras de tunelería en Obras Viales, Minería, Proyectos Hidroeléctricos y de
Riego.
En cuanto a Criterios de Diseño de Instalaciones Electromecánicas de Control y Seguridad, se
estipulan las Normas que la Dirección de Vialidad exige para este tipo de obras a la fecha de edición de
este Volumen, y se enumeran los requerimientos mínimos que debe incluir el proyecto de la especialidad
correspondiente.
CAPITULO 3.900
RIESGO Y PROTECCION DE AVALANCHAS DE NIEVE
Este Capítulo que también se incorpora al Manual de Carreteras en esta versión actualizada
del Volumen N° 3, comprende 20 Secciones que abordan el tratamiento teórico y práctico de la materia.
Las primeras siete secciones tratan de los objetivos y de la organización del Capítulo, de los
Cristales de Nieve y Hielo, de las Mediciones de la Precipitación Sólida, de la Meteorología de Montaña, del
Análisis del Viento y los Depósitos de Nieve, de la Evolución del Manto de Nieve y su Variabilidad Regional
y de las Mediciones del Manto de Nieve.
Las Secciones octava a décimo cuarta cubren lo relativo a Estabilidad del Manto de Nieve y
Mecanismos de Inicio de Avalanchas, los Tipos, Clasificaciones y Registro de Avalanchas, las Sendas de
Avalanchas, la zonificación del Peligro y Riesgo, la Recurrencia de Avalanchas, la Dinámica del Movimiento
de Avalanchas, los Efectos y Presiones Inducidas.
Las Secciones decimoquinta a décimo séptima tratan el Control de Avalanchas (Protecciones
Activas, Restricción de Acceso al área con Peligro de Avalanchas e Inducción de Avalanchas), de las
Protecciones Pasivas, siendo ellas todos los tipos de estructuras y otros procedimientos destinados a
controlar, mitigar el efecto o desviar las avalanchas.
Finalmente las últimas Secciones se refieren a la Señalización Aconsejable en zona de
Avalanchas, al Rescate de Víctimas y a los Alcances de los Estudios de Riesgo y Protección de Avalanchas
según el Nivel del estudio que se esté desarrollando.
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VOLUMEN N° 3
Instrucciones y Criterios de Diseño
MANUAL DE CARRETERAS
3.002.1
Junio 2007
CAPITULO 3.1000
PUENTES Y ESTRUCTURAS AFINES
La Dirección de Vialidad diseña estructuras tales como puentes, viaductos, pasos
desnivelados, pasarelas peatonales y estructuras de contención de tierras, empleando la normativa
propuesta por AASHTO “Standard Specifications for Highway Bridges a la que se han agregado precisiones
o modificaciones derivadas de la experiencia nacional, en cuanto a las particularidades de los materiales
(Hormigón, Acero, Madera, etc.), de los suelos, de las características de los ríos, en su gran mayoría
torrentes, y de las características sísmicas de Chile y la evolución que ha experimentado en el tiempo el
Diseño Sísmico en el medio nacional
Consecuente con ello, este Capítulo, además de contener aspectos similares a los tratados en
los volúmenes 2 y 3 para el diseño de carreteras y caminos, hace aquí una recopilación de los aspectos
que dicen relación con las estructuras asociadas que forman parte de ellas; precisa las modificaciones,
alcances o complementaciones que se hacen a la Norma AASHTO para su aplicación en Chile y dedica una
Sección específica al tratamiento del Diseño Sísmico de Puentes y Estructuras Afines. En definitiva, las
Secciones del Capítulo son:
3.1001 Aspectos Generales; 3.1002 Ingeniería Básica de Proyectos de Puentes y Estructuras
Afines; 3.1003 Disposiciones y Recomendaciones de Diseño; 3.1004 Diseño Sísmico; 3.1005 Presentación
de los Estudios.
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