Entre els diferents factors que estan presents quan es produeix un accident de trànsit cal destacar tres: l'humà, el vehicle i la infraestructura.
Particularment, el factor infraestructura està present en més del 30% dels accidents ocorreguts a la carretera.
De fet, els accidents tendeixen a concentrar-se en certs elements de la carretera.
Per això, el factor infraestructura i la seva interacció amb el factor humà, que està present prop del 90% dels accidents, han estat estudiats profundament en els darrers anys a partir del concepte de consistència del disseny geomètric de carreteres, que es defineix com el grau d'adequació entre les expectatives dels conductors i el comportament de la carretera.
L'objectiu de consistència del disseny geomètric de carreteres és garantir que els seus usuaris no es vegin sorpresos al llarg del seu recorregut, és a dir, es tracta d'aconseguir que els conductors es trobin al llarg de la carretera amb el que s'esperen a partir de les seves expectatives.
En aquest sentit, un disseny consistent assegura que elements geomètrics successius actuïn de manera coordinada i que produeixin una conducció harmoniosa lliure de sorpreses.
D'aquesta manera, el nombre d'accidents es reduiria, ja que s'evitaria que es produïssin maniobres de conducció crítiques assegurant unes condicions del trànsit segures.
En canvi, un disseny inconsistent pot produir sorpreses en els conductors, el que es tradueix en l'execució de maniobres erràtiques o conflictives augmentant la probabilitat d'ocurrència d'accidents.
La majoria de normatives de carreteres es basen en la velocitat de disseny per determinar els paràmetres mínims dels elements del traçat, recomanant utilitzar valors superiors als mínims sempre que sigui possible.
Així, a l'hora de dissenyar les vies se sol fugir d'aquests valors mínims, però no hi ha un criteri de quins valors adoptar.
Això ocasiona generalment que actuïn com a factors de decisió únicament l'orografia, la integració ambiental o un baix cost de la carretera, i que aquests factors determinin les característiques finals del disseny geomètric.
Aquestes deficiències presents en la Instrucció poden ser un factor determinant en la localització dels accidents, i es pot produir la seva concentració en determinades configuracions del traçat de la via, causades en moltes ocasions per una incoherència entre un element de la via i el seu comportament general.
Vinculats a aquesta problemàtica figuren els conceptes de seguretat nominal i seguretat substantiva.
La primera tracta la seguretat viària com un absolut, és a dir, defineix un element geomètric o un tram de carretera com segur o no segur.
D'altra banda, la seguretat substantiva tracta la seguretat viària com un continu.
D'aquesta manera, no existeix un element o tram de carretera segur, sinó que hi ha dissenys més segurs que altres.
Aquest concepte és la base d'un disseny consistent, és a dir, es tracta de maximitzar la consistència perquè el tram dissenyat respongui a les expectatives dels conductors i, per tant, passi el mínim nombre d'accidents.
Tot això deriva en el disseny de carreteres anomenades autoexplicatives.
En aquest tipus de carreteres l'operació s'ajusta adequadament al disseny, de manera que els conductors no es veuen sorpresos pel traçat que recorren i, per tant, la probabilitat d'ocurrència d'accidents és mínima.
Hi ha diversos mètodes per avaluar la consistència del disseny geomètric de carreteres: velocitat d'operació, estabilitat vehicular, índexs de traçat i càrrega de treball del conductor.
No obstant això, l'ús de la velocitat d'operació per determinar la consistència és el mètode més comunament emprat.
La velocitat d'operació es defineix com la velocitat a la qual els usuaris de la via poden conduir els seus vehicles sota condicions de flux lliure i condicions favorables de meteorologia i sense excedir la velocitat segura en cap moment.
Aquesta definició no presenta aplicació pràctica per a l'enginyer, ja que no és determinable, i per això tradicionalment s'associa al percentil 85 de la velocitat ( V 85 ) a la qual operen els vehicles lleugers en condicions de flux lliure i sense restriccions ambientals.
La consistència pot ser analitzada a partir de dos tipus de criteris: locals i globals.
Els criteris locals es basen en l'anàlisi de la consistència d'un element aïllat del traçat a partir de les desacceleracions que es produeixen entre elements successius o la diferència entre la velocitat d'operació i la de disseny.
Aquest tipus de models són ideals per detectar en quins elements del traçat és més probable que ocorrin els accidents.
D'altra banda, els criteris globals tracten d'avaluar la consistència d'un tram complet emprant diferents variables obtingudes a partir del perfil continu de velocitat d'operació associat.
Tot i que aquests models no indiquen on es produiran els accidents, permeten estimar el nombre d'accidents en un segment homogeni de carretera segons una funció d'estimació de la sinistralitat ( Safety Performance Function, SPF).
No obstant això, els criteris de consistència desenvolupats fins a la data no són capaços d'avaluar de manera precisa el grau d'adequació entre les expectatives dels conductors i el comportament de la carretera.
Això es deu al fet que cap model incorpora una variable capaç de representar i quantificar les expectatives dels conductors.
En aquest sentit, la consistència d'un determinat element del traçat no depèn únicament de les característiques d'aquest element i el seu anterior, sinó també de les característiques de diversos elements anteriors a aquest.
A més, els models globals de consistència estan basats en variables que descriuen de manera general el comportament d'un segment de carretera homogeni, com ara la velocitat o la taxa de desacceleració mitjanes, de manera que no són capaços d'expressar adequadament les expectatives dels conductors.
Cal destacar també que l'actual normativa per al disseny de carreteres espanyoles únicament incorpora criteris de consistència locals que, a més, no han estat desenvolupats ni validats per a la seva aplicació a les nostres carreteres.
Així, aquesta tesi doctoral té com a objectiu desenvolupar dos nous models de consistència del disseny geomètric de carreteres convencionals, un local i un altre global, basats en la definició bàsica de consistència.
El paràmetre fonamental d'aquests models es defineix com la diferència entre la velocitat d'operació inercial ( Vi ) i la velocitat d'operació en cada punt ( V 85 ), que respon a la diferència entre les expectatives dels conductors i el comportament del disseny geomètric de la carretera a cada punt, respectivament.
A més diferència entre les dues velocitats, menys s'ajustarà el traçat de la carretera a les expectatives dels conductors i, per tant, més gran serà la probabilitat d'ocurrència d'accidents.
Aquest paràmetre de consistència va ser estudiat i proposat per primera vegada en el treball final de Màster de l'autor de la tesi.
En aquest model, la velocitat d'operació inercial va ser calculada en cada punt del traçat com la velocitat d'operació mitjana de l'últim quilòmetre de carretera recorregut.
No obstant això, des d'un punt de vist psicològic, el procés de generació d'expectatives dels conductors està estretament lligat a la memòria a curt termini, la qual decau amb el temps.
Això significa que els conductors recorden amb més claredat allò que recorren en última instància i, per tant, les seves expectatives depenen del temps transcorregut.
Per tant, una velocitat d'operació inercial definida com la velocitat d'operació mitjana ponderada basada en temps permetrà estimar amb més precisió les expectatives dels conductors que calculant aquesta velocitat com una simple mitjana sobre la base d'una determinada distància, ja que tenint en compte diferents segments de carretera amb diferents velocitats d'operació mitjanes recórrer una determinada distància comporta diferents intervals de temps.
El principal objectiu d'aquesta investigació és el desenvolupament d'una nova metodologia per al disseny i la millora del disseny geomètric de carreteres convencionals a partir de models de consistència.
Per assolir això es desenvoluparan dos models de consistència, un local i un altre global, que estaran basats en la diferència entre la velocitat d'operació inercial, que representa les expectatives dels conductors, i la velocitat d'operació, que representa el comportament de la carretera.
En aquest sentit, la velocitat d'operació inercial es defineix en cada punt del traçat com la mitjana ponderada de les velocitats d'operació desenvolupades a la secció de carretera anterior.
Específicament, aquesta investigació tracta d'identificar a partir de l'estudi de diferents períodes de temps, longituds i distribucions de pesos quin perfil de velocitat d'operació inercial és capaç de representar millor el procés d'adquisició d'expectatives dels conductors.
Per desenvolupar la investigació s'analitzarà la diferència de velocitats definida anteriorment i la sinistralitat observada en una mostra de 152 trams de carreteres convencionals.
El desenvolupament del model global de consistència permetrà als enginyers de carreteres estimar el nombre d'accidents amb víctimes en un determinat tram de carretera, mentre que el model de consistència local els permetrà identificar a quins elements del traçat és més probable que aquests accidents es produeixin.
Així mateix, també es definiran una sèrie de llindars que permetran determinar si un tram de carretera o un dels seus elements té un nivell de consistència bo, acceptable o pobre, segons l'escala habitual.
Aquests models seran la base d'una nova proposta de metodologia per al disseny i la millora de carreteres convencionals, el que permetrà incorporar l'anàlisi de la seguretat viària al procés de disseny per tal de minimitzar la producció d'accidents de trànsit.
El paràmetre de consistència que defineix el model global de consistència és:
en què C és el paràmetre de consistència (km / h); A (+) l'àrea tancada pel diagrama que mostra la diferència entre el perfil de velocitat d'operació inercial ( V i ) i el perfil de velocitat d'operació ( V 85 ), i l'eix x considerant únicament les diferències positives (m · km / h); L (+) la longitud de tram de carretera on es produeixen diferències de velocitat positives entre V i i V 85 (m); i σ (+) la desviació estàndard de la diferència entre V i i V 85 considerant únicament les diferències de velocitat positives (km/h).
Per al seu càlcul, el perfil de velocitat d'operació inercial serà estimat a partir del model t 15,5, és a dir, calculant la velocitat d'operació inercial en cada punt com la velocitat d'operació ponderada mitjana considerant les velocitats produïdes durant els 15 segons anteriors a aquest punt mitjançant una distribució dels pesos lineal ( α = 5).
La Figura 1 mostra la relació entre la taxa de sinistralitat observada en cada tram de carretera de l'estudi i el valor del paràmetre de consistència proposat.
Com es pot observar, la taxa de sinistralitat és més gran a mesura que el paràmetre de consistència augmenta.
Per tant, com més grans són les diferències entre la velocitat d'operació inercial i la velocitat d'operació, o el que és el mateix, entre les expectatives dels conductors i el comportament de la carretera, més gran és la probabilitat d'ocurrència d'accidents.
La relació que hi ha entre el paràmetre de consistència proposat i el nombre d'accidents ve determinada per la següent funció d'estimació de la sinistralitat:
on Y i,10 són els accidents amb víctima estimats en un tram de carretera en 10 anys; L la longitud del tram de carretera (km); IMD la intensitat mitjana diària de trànsit (vh/dia); i C el paràmetre de consistència (km/h).
A més, es van identificar els llindars de consistència que permeten avaluar el nivell de consistència d'un tram de carretera de manera qualitativa (Taula 1).
D'aquesta manera, segons el model de consistència global proposat, es diu que un tram posseeix bona consistència si el valor del paràmetre de consistència ( C ) és més petit o igual que 2,75 km/h, mentre que tindrà una consistència pobra si C és més gran que 4,5 km/h.
Així mateix, posseirà una consistència acceptable quan el paràmetre C tingui un valor entre els dos valors esmentats anteriorment.
Llindars del model de consistència global.
El model de consistència local ve definit per l'Índex de consistència inercial ( ICI ), que es calcula en cada element del traçat com la diferència entre la velocitat d'operació inercial ( V i ) i la velocitat d'operació ( V 85 ) en km/h:
Com ja s'ha comentat, la velocitat d'operació inercial ha de ser estimada en cada punt com la velocitat d'operació mitjana ponderada dels 15 segons anteriors considerant una distribució dels pesos lineal ( α = 5).
La velocitat d'operació inercial reflecteix les expectatives dels conductors, mentre que la velocitat d'operació representa el comportament de la carretera.
Així doncs, com més gran sigui la diferència entre les dues velocitats més grans taxes de sinistralitat són esperades, ja que el conductor espera desenvolupar en aquest punt una velocitat superior a la que realment la carretera li permet.
Aquest fet pot generar errors en els conductors i, com a conseqüència, incrementar significativament la probabilitat d'ocurrència d'accidents.
Igual que per al model global, s'han identificat els llindars del model de consistència que permeten avaluar el nivell de consistència en corbes de manera qualitativa (Taula 2).
Així, es diu que un element geomètric té una bona consistència si el valor de l' ICI és més petit o igual que 5 km/h, mentre que tindrà una pobra consistència si l' ICI és més gran que 12,5 km/h.
Així mateix, presentarà una consistència acceptable quan l' ICI tingui un valor entre els dos valors esmentats anteriorment.
Llindars del model de consistència local.
Finalment, es mostren les taxes de sinistralitat mitjanes de cada un dels nivells de consistència definits per tal de descriure amb més precisió el fenomen (Figura 2).
Taxa de sinistralitat mitjana dels llindars del model de consistència local.
El desenvolupament d'aquesta investigació ha permès conèixer més profundament el comportament dels conductors a través del calibratge de dos models de consistència, un global i un altre local.
Per tant, el fet d'introduir aquests models en la fase de disseny de carreteres, ja siguin aquestes de nou traçat o de millora d'una existent, permetrà avaluar la seguretat viària de diferents alternatives i identificar el potencial de millora en termes de sinistralitat.
El disseny d'un nou traçat viari comença amb l'elecció de la velocitat de disseny, que és la velocitat que determina les característiques dels elements del traçat.
Aquesta velocitat hauria de ser escollida en funció de la tipologia de carretera, l'orografia i l'entorn urbanístic, entre d'altres factors.
Amb aquesta velocitat l'enginyer ha de fer un primer disseny del traçat geomètric de la via complint les característiques mínimes del disseny, les distàncies de visibilitat i la secció transversal.
Un cop realitzada la proposta de traçat, el proper pas és l'avaluació de la seguretat viària.
Per a això, l'enginyer/a ha de comprovar que el comportament de la carretera s'adequa a les expectatives dels conductors.
Dit en altres paraules, ha d'avaluar la consistència de la carretera.
El primer pas serà l'obtenció del perfil de velocitat d'operació, que és la base dels models de consistència proposats en aquesta tesi doctoral i dels models més importants desenvolupats fins a la data.
Atès que la carretera està en fase de disseny, aquesta velocitat s'estimarà a partir de models de perfil de velocitat d'operació.
En aquest sentit, cal destacar que s'obtindran dos perfils de velocitat d'operació, un per a cada sentit de circulació.
A partir d'aquests perfils de velocitat d'operació, també es determinaran els perfils de velocitat d'operació inercial, que representen les expectatives dels conductors en cada punt del traçat.
Com a pas previ a l'avaluació de la seguretat viària, s'haurà de dur a terme la identificació de segments homogenis.
En cas d'existir diversos segments homogenis, la velocitat de disseny ha de ser redefinida per a cada un d'aquests segments, el que podria comportar un redisseny d'algun dels trams identificats.
A més, l'enginyer/a ha de tenir en compte que la diferència entre les velocitats de disseny entre trams de carretera adjacents no ha de ser més gran de 20 km/h.
Finalitzat el procés de tramificació, es proposa l'avaluació de la consistència a través dels següents models:
Un cop avaluada la consistència, tant local com global, si tots els elements del traçat i cadascun dels segments homogenis viaris presenten un bon nivell de consistència, es conclou que el disseny és vàlid i finalitza el procés.
En cas contrari, el disseny hauria de ser revisat i modificat per tal d'aconseguir aquest nivell de consistència.
En aquest últim cas, es tornarà a tramificar la secció de carretera i es calcularan de nou els perfils de velocitat d'operació i de velocitat d'operació inercial.
En cas que s'identifiquin els mateixos segments homogenis, es passarà directament a avaluar la consistència del disseny geomètric.
En canvi, si s'han identificat trams de carretera diferents, s'haurà de comprovar si és necessària una redefinició de la velocitat de disseny, el que podria ocasionar un nou redisseny, i finalment avaluar la consistència del disseny.
Tot això procés s'haurà de repetir fins a aconseguir un nivell de consistència bona.
A més, s'haurà de prestar especial atenció a la transició entre un segment homogeni de carretera i un altre.
En aquest sentit, s'exigirà que el nivell de consistència entre l'últim element d'un tram i el primer del següent sigui bo, el que haurà de ser avaluat a través dels models de consistència local proposats.
Si no es compleix aquesta condició, l'enginyer ha de redissenyar aquesta transició i avaluar de nou el disseny de tota la secció de carretera.
Finalment, un cop construïda la carretera es proposa realitzar certs mesuraments puntuals de la velocitat real dels conductors per tal de verificar les velocitats d'operació i les distàncies de visibilitat disponibles estimades en la fase de disseny.
Aquestes comprovacions li permetran a l'enginyer establir d'una forma més precisa els límits de velocitat.
Amb això es pretén aconseguir un perfil de velocitat d'operació sense la presència de salts bruscos de velocitat i, per tant, minimitzar la presència de riscos per als conductors.
La Figura 3 resumeix el procés de disseny de noves carreteres.
El procés de disseny del traçat per a la millora de carreteres ja existents és similar al presentat anteriorment.
No obstant això, presenta una sèrie d'avantatges i desavantatges que cal remarcar.
El principal avantatge és que en aquest cas normalment es disposa de les dades de sinistralitat, el que li permet a l'enginyer/a detectar millor on es localitzen els problemes de seguretat viària.
A més, el perfil de velocitat d'operació podria ser determinat mitjançant l'observació en camp de les velocitats desenvolupades pels conductors.
No obstant això, habitualment tant el disseny geomètric de la carretera com la velocitat de disseny de la mateixa són desconeguts.
D'una banda, la geometria de la carretera pot ser restituïda a partir de la metodologia proposada per Camacho-Torregrosa et al.
D'altra banda, la velocitat de disseny ha de ser inferida a partir de la geometria de la carretera, la visibilitat i la secció transversal, de manera que no és gens fàcil obtenir-la.
Un cop coneguda la informació anterior, es pot començar a dissenyar la millora de la carretera existent.
Llavors, el procés és similar al presentat en l'epígraf anterior amb l'única excepció que en aquest cas el nivell de consistència exigit és acceptable en comptes de bo.
Això es deu al fet que el procés de millora d'una carretera és entès com petits canvis en el seu disseny geomètric.
No obstant això, depenent de les condicions inicials de la via, no sempre això serà possible.
Per finalitzar, la Figura 4 resumeix el procés de millora del traçat d'una carretera existent.
Proposta de disseny de millora de traçats de carretera.
Les conclusions sobre el desenvolupament i anàlisi de la velocitat d'operació inercial són:
Sobre el model de consistència global:
A(+): àrea tancada pel diagrama que mostra la diferència entre V i i V 85, i l'eix x considerant únicament les diferències positives (m·km /h).
L(+): longitud de tram de carretera on es produeixen diferències de velocitat positives entre V i i V 85 (m).
σ(+): desviació estàndard de la diferència entre V i i V 85 considerant únicament les diferències de velocitat positives (km/h).
Sobre el model de consistència local:
Sobre la nova metodologia pel disseny i millora de carreteres:
Redactat de la noticia: David Llopis
Eficiència constructiva, Disseny de vies locals i comarcals, Observació dinàmica, Demanda de mobilitat de persones i de moviment de mercaderies i Sistemes de suport a la construcció d'infraestructures