INVIAS - Manual de Capacidad y Niveles de Servicio para vías multicarril V1

La movilidad Mintransporte es de todos 2022 Manual de Capacidad y Niveles de Servicio para vías multicarril Primera versión

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INSTITUTO NACIONAL DE VIAS

Ministerio de Transporte INSTITUTO NACIONAL DE VIAS Resolución Número 20223040024795 de 6 de mayo de 20222022 Manual de Capacidad v Niveles de Servicio para vías multicarril Primera versión 1 IIván Duque Márquez Presidente de la República de Colombia

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Ángela María Orozco Gómez Ministra de Transporte Olga Lucía Ramírez Duarte Viceministra de Transporte Alejandra Quintero Lopera Directora de Infraestructura Rodolfo Castiblanco Bedoya Asesor Dirección de Infraestructura Juan Esteban Gil Chavarría Director General Paola Constanza Romero Martínez Subdirectora General Guillermo Toro Acuña Director Técnico y de estructuración Juan Esteban Romero Toro Director de ejecución y operación Juliana Sánchez Acuña Directora Jurídica Catalina Téllez Posada Secretaria General Gladys Gutierrez Buitrago Subdirectora de Reglamentación Técnica e Innovación Neyla Teresa Moreno Vega Coordinadora Normativa Técnica Hermes Mauricio Alvarado Sachica Coordinador Normativa TécnicaDecano Facultad de Ingeniería Civil Aldemar José González Fernández Coordinadora general del convenio † Margarita Polanco de Hurtado Coordinador técnico Nelsón Rivas Muñoz

Profesores participantes: Carlos Alberto Arboleda Velez

Efraín de Jesús Solano Fajardo Alexandra Rosas Palomino Asesor técnico internacional

† Margarita Polanco de Hurtado Coordinador técnico Nelsón Rivas Muñoz

Profesores participantes: Carlos Alberto Arboleda Velez

Efraín de Jesús Solano Fajardo Alexandra Rosas Palomino Asesor técnico internacional Jorge José Galarraga Profesionales de apoyo Reina Luz Zambrano Pareja Ciro Alberto Pabón García Nancy Paola Gonzáles Idrobo Andrés Fernando Benavides Ruiz Juan Daniel Rivas Torijano Diseño y diagramación Uriel Ordoñez Hurtado Cristian David Ordoñez Ordoñez Corrección de estilo Área de Desarrollo Editorial Universidad del CaucaContenido Presentación ............................................................................................................................ 13

1. Definiciones y aspectos básicos ....................................................................................... 15 1.1 Definiciones ......................................................................................................................................................15 1.1.1 Carretera multicarril ............................................................................................................................15 1.1.2 Aplicación del manual.........................................................................................................................15 1.1.3 Características de la vía .....................................................................................................................15 1.1.4 Tramo .......................................................................................................................................................16 1.1.5 Sector homogéneo ..............................................................................................................................16 1.1.6 Nivel de Servicio ...................................................................................................................................16 1.1.7 Capacidad y flujo máximo para cada Nivel de Servicio ..........................................................16 1.1.8 Condiciones base .................................................................................................................................16 1.2 Principos básicos del manual colombiano ............................................................................................16 1.2.1 Metodología adoptada .......................................................................................................................16 1.2.2 Resumen del método HCM para carreteras multicarril en Estados Unidos ..................17 1.2.3 Adaptación a las condiciones colombianas ................................................................................18

1.3 Descripción basica de la operación de una carretera multicarril ...................................................18 1.3.1 Características fundamentales de operación ............................................................................18 1.3.2 Factores geométricos que influyen en la circulación ..............................................................21 1.3.3 Factores de tránsito que influyen en la circulación .................................................................24 1.3.4 Tiempos de viaje en carreteras multicarril .................................................................................25 1.4 Consideraciones sobre el Nivel de Servicio ...........................................................................................26 1.4.1. Enfoque 1. Método clásico del HCM ............................................................................................26 1.4.2 Enfoques alternativos para establecer la calidad de operación de una carretera multicarril ...........................................................................................................................................................30 1.5. Tasas de flujo máximas por Nivel de Servicio .....................................................................................331.6 Investigaciones realizadas ..........................................................................................................................33 1.6.1 Investigaciones de soporte ..............................................................................................................33 1.6.2 Datos de campo ...................................................................................................................................35

2. Procedimiento de aplicación ............................................................................................. 37 2.1 Tipos de análisis y pasos requeridos en la aplicación .......................................................................37 2.2.1 Pasos a seguir para un análisis de operación ...........................................................................38 2.2.2 Pasos a seguir para un análisis .....................................................................................................38 de planeación ...........................................................................................................................................................38 2.2 Paso 1: proceso de sectorización, definición del tipo de aplicación y preparación de la información para usar el manual .................................................................................................................40 2.2.1 Proceso de sectorización ..................................................................................................................40 2.2.2 Definición del tipo de aplicación .....................................................................................................40 2.3 Información necesaria para usar el manual..........................................................................................41

2.3.1 Variables relacionadas con la geometría.....................................................................................41 2.3.2 Variables relacionadas con el tránsito .........................................................................................42 2.4. Paso 2: determinación de la curva flujo-velocidad característica del sector de análisis ....43 2.4.1 Determinación de la velocidad a flujo libre del sector de análisis (VL) .............................43 2.5 Paso 3: cálculo del flujo vehicular .............................................................................................................46 2.5.1 Corrección del volumen de tránsito mixto ..................................................................................46 2.5.2 Equivalente de camiones ..................................................................................................................47 2.5.3. Consideraciones para análisis de planeación ...........................................................................53 2.6. Paso 4: determinación de la velocidad de operación en el sector de análisis (V) ..................53 2.7. Paso 5: cálculo de la densidad ..................................................................................................................53 2.8 Paso 6: Determinación del Nivel de Servicio ........................................................................................53 2.9. Paso 7: cálculo del número de carriles (planeación) .........................................................................54

3. Ejemplos de aplicación ....................................................................................................... 55 3.1 Ejemplo de aplicación N° 1 – análisis de operación .........................................................................55 3.1.1 Paso 1: proceso de sectorización, definición del tipo de aplicación y preparación de información necesaria para aplicar el manual. ...............................................................................55 3.1.2 Paso 2: determinación de la curva flujo–velocidad característica del sector de análisis ..........................................................................................................................................................56 3.1.3. Paso 3: Cálculo del flujo vehicular. ................................................................................................573.1.4. Paso 4: determinación de la velocidad de operación en el sector de análisis. .............57

3.1.5. Paso 5: cálculo de la densidad .......................................................................................................58 3.1.6. Paso 6: determinación del Nivel de Servicio .............................................................................59 3.2 Ejemplo de aplicación No. 2: Análisis de planeación .........................................................................59 3.2.1 Paso 1: proceso de sectorización, definición del tipo de aplicación y preparación de información necesaria para aplicar el manual ................................................................................59 3.2.2 Paso 2: determinación de la curva flujo–velocidad característica del sector de análisis ..........................................................................................................................................................60 3.2.3. Paso 3: cálculo del flujo vehicular. ................................................................................................61 3.2.4 Paso 7: determinación del número de carriles .........................................................................62

4. Manual de uso del programa de computador ................................................................. 63 4.1 Presentacion general ....................................................................................................................................63 4.2 Configuración de aplicaciones....................................................................................................................65 4.2.1 Configuración tipo de análisis .........................................................................................................65 4.2.2 Configuración velocidad a flujo libre (VL) .....................................................................................65 4.2.3. Configuración de la información de tránsito y tipo de terreno (aplicación) ...................66 4.2.4 Resultados de las aplicaciones .......................................................................................................67 4.3 Ejemplos ............................................................................................................................................................67 4.3.1 Ejemplo 1: análisis de operación ....................................................................................................67 4.3.2 Ejemplo 2: análisis de planeación ..................................................................................................67

Bibliografía ............................................................................................................................... 71 Anexo 1 ..................................................................................................................................... 75

1. Enfoque espacio-tiempo. Diagramas de evolución del tránsito ......................................77

1.1 Aspectos generales .......................................................................................................................................77 1.2 Descripción del procedimiento para obtener los diagramas de evolución del tránsito ........77 1.2.1 Información proporcionada por el modelo de simulación ....................................................77 1.2.2 Proceso de triangulación...................................................................................................................77 1.2.3. Elaboración de las curvas isovelocidades ..................................................................................78 1.2.4 Diagrama de evolución del tránsito ..............................................................................................792. Enfoque indicadores de calidad ........................................................................................ 81 2.1 Aspectos generales .......................................................................................................................................81 2.2 Componentes del modelo ..........................................................................................................................81 2.2.1 Estructura del modelo de gestión .................................................................................................81 2.2.2 Concepto de calidad ............................................................................................................................82 2.2.3 Estructura del modelo de indicadores de calidad ....................................................................82 2.3. Identificación de factores globales ........................................................................................................83 2.4 Identificación de indicadores de calidad .................................................................................................83 2.5 Proceso de ponderación de indicadores ...............................................................................................85 2.6 Proceso de calificación .................................................................................................................................88 2.7 Redefinición de la escala de los Niveles de Servicio ..........................................................................89Lista de Tablas Tabla 1. Definición de Niveles de Servicio en carreteras multicarril. ...................................................27 Tabla 2. Definición de Niveles de Servicio propuesta-carreteras multicarril de Colombia..........28 Tabla 3. Factores globales-Indicadores de calidad. ...................................................................................31 Tabla 4. Formato de calificación de la calidad de una carretera ............................................................32 Tabla 5. Escala de calificación de la calidad de la carretera. ...................................................................33 Tabla 6. Tasas de flujo máximas por Nivel de Servicio .............................................................................33 Tabla 7. Investigaciones de soporte del manual. .......................................................................................34 Tabla 8. Tipos de análisis incluidos en el manual. ......................................................................................37

Tabla 6. Tasas de flujo máximas por Nivel de Servicio .............................................................................33 Tabla 7. Investigaciones de soporte del manual. .......................................................................................34 Tabla 8. Tipos de análisis incluidos en el manual. ......................................................................................37 Tabla 9. Descripción detallada de los pasos requeridos para cada tipo de análisis.......................39 Tabla 10. Clasificación de las carreteras multicarril según sus características geométricas. ....43 Tabla 11. Velocidad genérica por tipo de carretera....................................................................................44 Tabla 12. Ajuste de la velocidad genérica por efecto del ancho de carril (fc). ..................................44 Tabla 13. Ajuste de la velocidad genérica por efecto del ancho del separador (fS) ........................44 Tabla 14. Ajuste de la velocidad genérica por efecto del ancho promedio de bermas (fB) ..........45 Tabla 15. Ajuste de la velocidad genérica por efecto del ancho promedio de bermas (fA) ..........45 Tabla 16. Coeficientes de las ecuaciones flujo - velocidad. Carreteras multicarril Colombia. ....45 Tabla 17. Equivalente de camiones para tipo de terreno genérico. .....................................................47 Tabla 18. Equivalentes de camión en pendientes ascendentes. ..........................................................48 Tabla 19. Equivalentes de camión en pendientes descendentes. .......................................................51 Tabla 20. Niveles de Servicio para carreteras multicarril en Colombia...............................................54 Tabla 21. Tasas de flujo máximas por Nivel de Servicio (TFMi). ............................................................54

Tabla 22. Información de geometría: Ejemplo de aplicación No 1. ......................................................56 Tabla 23. Información de tránsito: ejemplo de aplicación No. 1. ..........................................................56 Tabla 24 Cálculo del flujo vehicular: Ejemplo de aplicación No. 1. ........................................................57 Tabla 25. Cálculo de la velocidad de operación: Ejemplo de aplicación No. 1. .................................58 Tabla 26. Cálculo de la densidad: Ejemplo de aplicación No.1. ..............................................................58 Tabla 27. Determinación del Nivel de Servicio ofrecido: Ejemplo de aplicación No. 1. .................59Tabla 28. Información de geometría: Ejemplo de aplicación No. 2. .....................................................60 Tabla 29. Información de tránsito: ejemplo de aplicación No. 2. ..........................................................60 Tabla 30. Cálculo del flujo vehicular: Ejemplo de aplicación No. 2. .......................................................61 Tabla 31. Cálculo del número de carriles. Ejemplo de aplicación No. 2. .............................................62 Tabla 32. Chequeo final Nivel de Servicio ofrecido: Ejemplo de aplicación No. 2. ..........................62 Tabla 33. Partes principales del programa que desarrolla el método del manual. ........................63 Anexo 1

2. Enfoque indicadores de calidad .................................................................................................. 81

Tabla 1. Factores globales: indicadores de calidad. ...................................................................................83 Tabla 2. Identificación y descripción de indicadores. .................................................................................84 Tabla 3. Matriz de ponderación. ........................................................................................................................86 Tabla 4. Resultados ponderación de indicadores. ......................................................................................87 Tabla 5 Formato de calificación de la calidad de una carretera .............................................................88 Tabla 6. Escala de calificación de la calidad de la carretera. ...................................................................89Lista de figuras

Figura 1. Curvas características de una carretera multicarril en Colombia. .....................................19 Figura 2. Curvas flujo-velocidad para las carreteras multicarril en Colombia. ................................21 Figura 3. Tiempos de viaje característicos en carretera multicarril ....................................................25 Figura 4. Niveles de Servicio en carreteras multicarril de Colombia, Vías multicarril Tipo 1 (96 km/h) y Tipo 2 (90 km/h). ............................................................................................................................28 Figura 5. Niveles de Servicio en carreteras multicarril de Colombia, Tipo 3 (80 km/h). ...............29 Figura 6. Niveles de Servicio en carreteras multicarril de Colombia, Tipo 4 (70 km/h). ...............29 Figura 7. Diagrama típico de evolución del tránsito de una carretera ...............................................30 Figura 8. Hoja de trabajo No. 1. .........................................................................................................................42 Figura 9. Curvas flujo-velocidad maestras para Colombia. ....................................................................46 Figura 10. Apariencia general del formulario del programa. ..................................................................64 Figura 11. Configuración tipo de análisis. .....................................................................................................65 Figura 12. Configuración velocidad a flujo libre (VL) medida en el campo. .......................................65 Figura 13. Configuración velocidad a flujo libre (VL). .................................................................................66 Figura 14. Configuración información de tránsito y tipo de terreno. ..................................................67 Figura 15. Resultados de las aplicaciones. ...................................................................................................67 Figura 16. Ejemplo de Aplicación No. 1 - operación. .................................................................................68 Figura 17. Ejemplo de Aplicación No. 2 - Planeación. ..............................................................................69 Anexo 1

1. Enfoque espacio-tiempo. Diagramas de evolución del tránsito ................................................77

Figura 1. Disposición del proceso de triangulación. .................................................................................78

Figura 17. Ejemplo de Aplicación No. 2 - Planeación. ..............................................................................69 Anexo 1

1. Enfoque espacio-tiempo. Diagramas de evolución del tránsito ................................................77

Figura 1. Disposición del proceso de triangulación. .................................................................................78 Figura 2. Trazado de las curvas isovelocidades. .........................................................................................78 Figura 3. Diagrama típico de evolución de tránsito. .................................................................................79

2. Enfoque indicadores de calidad .................................................................................................. 81

Figura 1. Esquema piramidal del sistema de gestión vial. ......................................................................8213 Presentación Desde la última década del siglo pasado, el antiguo Ministerio de Obras Públicas y Transporte, junto con el Instituto Nacional de Vías - INVIAS y la Universidad del Cauca, en un esfuerzo conjunto al lado de expertos, instituciones educativas y gremios del sector, emprendieron un trabajo de investigación y generación de nuevo conocimiento en temas de capacidad y niveles de servicio para carreteras de dos carriles, generando a la fecha tres versiones del Manual que han sido referentes técnicos a lo largo de los últimos treinta años. En el marco del programa No. CO – L -1090 de apoyo del Banco Interamericano de Desarrollo al Gobierno de Colombia, en la implantación de la Política Nacional de Logística (documento CONPES 3547 de 2008), se presenta el Plan Maestro de Transporte 2010-2032, el cual incluye dentro de las necesidades del plan de inversiones (numeral 4.6), validar y actualizar la metodología para calcular la capacidad y niveles de servicio en las carreteras; entre tanto, Colombia avanza en la construcción de nueva infraestructura vial y se hace más común la similitud entre las vías multicarril y las autopistas en cuanto al diseño geométrico y

metodología para calcular la capacidad y niveles de servicio en las carreteras; entre tanto, Colombia avanza en la construcción de nueva infraestructura vial y se hace más común la similitud entre las vías multicarril y las autopistas en cuanto al diseño geométrico y comportamiento de los conductores, haciendo evidente la preparación y elaboración de un manual que permita planear y ejecutar los proyectos que propone el referido Plan Maestro de Transporte. Por lo anterior, el Instituto Nacional de Vías, en convenio suscrito con la Universidad del Cauca, adelantó un trabajo investigativo desde la academia, con el objetivo de elaborar la primera versión del Manual de Capacidad y Niveles de Servicio para vías multicarril. En Colombia, el Manual de Capacidad y Niveles de Servicio para vías multicarril, en desarrollo de los proyectos del Instituto Nacional de Vías - INVIAS, de los proyectos de concesión a cargo de la Agencia Nacional de Infraestructura - ANI y con el concurso de algunas entidades regionales y departamentales, permitirá la construcción de infraestructura vial con mejores especificaciones, con el propósito de brindar competitividad, confort y seguridad a los usuarios de las principales carreteras del país, diseñando y construyendo vías multicarril en los corredores logísticos que cuentan con dos o más carriles por sentido de circulación y con operación bajo régimen de tránsito ininterrumpido, proporcionando así, una mayor capacidad y un óptimo nivel de servicio. En tal sentido, el Manual de Capacidad y Niveles de Servicio para vías multicarril, propone una nueva metodología y coeficientes de cálculo, acorde con los adelantos y nuevos conceptos técnicos en este sentido. Dicha metodología para calcular los Niveles de Servicio en un sector homogéneo de una vía multicarril, determinado por la uniformidad de sus características tanto

nueva metodología y coeficientes de cálculo, acorde con los adelantos y nuevos conceptos técnicos en este sentido. Dicha metodología para calcular los Niveles de Servicio en un sector homogéneo de una vía multicarril, determinado por la uniformidad de sus características tanto geométricas como operacionales, surge de la aplicación del Manual de Capacidad y Niveles de Servicio de Estados Unidos de América, denominado por sus siglas en inglés HCM, con amplio soporte investigativo y rigor académico, pero teniendo en cuenta el programa de investigaciones de campo implementado por la Universidad del Cauca, que realizó una serie de mediciones para adaptar el Manual HCM a las condiciones de operación de las vías multicarril en el país y obtener así, una metodología transferible a las condiciones de operación propias de determinada región o zona del territorio colombiano, a través de un programa computacional cifrado en lenguaje Visual Basic para aplicaciones desarrollado en el entorno de Excel, que se constituye en un instrumento técnico importante dentro de la modernización de la red vial nacional, impulsada por los referidos programas de desarrollo y crecimiento de la infraestructura de carreteras, que se espera, llegará a contar con cerca de cuatro mil kilómetros de vías multicarril en los próximos cinco años, de ahí la importancia del presente manual.15 Definiciones y aspectos básicos

1. Definiciones y aspectos básicos 1.1 Definiciones Se explican a continuación términos y aspectos de importancia para la comprensión del tema. 1.1.1 Carretera multicarril Una carretera o vía multicarril es aquella que tiene dos o más carriles por sentido de circulación y su operación se da bajo régimen de tránsito ininterrumpido, que presupone separación entre intersecciones superior a

Una carretera o vía multicarril es aquella que tiene dos o más carriles por sentido de circulación y su operación se da bajo régimen de tránsito ininterrumpido, que presupone separación entre intersecciones superior a 2.5 kilómetros. Puede tener separador central, en cuyo caso se denomina dividida, o carecer de él, llamándose entonces no dividida. El país cuenta en la actualidad con cerca de 2000 kilómetros de vía multicarril, y se aspira a que en los próximos cinco años se tengan cerca de 4000 kilómetros. Las carreteras multicarril conectan los principales centros de producción y consumo con los puertos marítimos y se identifican como corredores de comercio exterior. 1.1.2 Aplicación del manual El presente manual contiene la metodología para calcular el Nivel de Servicio en un sector homogéneo de una carretera multicarril, determinado por la uniformidad de sus características tanto geométricas como operacionales. El manual contiene dos tipos de aplicaciones: • Análisis de operación, con el que se determina el Nivel de Servicio ofrecido por la vía, y opcionalmente la tasa de flujo máxima, que corresponde a la Capacidad, la c