A methodology for sight distance analysis on highways, alignment coordination, and their relation to traffic safety

Santos Berbel, César de (2017). A methodology for sight distance analysis on highways, alignment coordination, and their relation to traffic safety. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.47685.

Descripción

Título: A methodology for sight distance analysis on highways, alignment coordination, and their relation to traffic safety
Autor/es:
  • Santos Berbel, César de
Director/es:
  • Castro Malpica, María
Tipo de Documento: Tesis (Doctoral)
Fecha: 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM)
Departamento: Ingeniería Civil: Transporte y Territorio
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El diseño geométrico de las carreteras es un factor de máxima importancia para la seguridad de la circulación. En este sentido, la distancia de visibilidad es una herramienta fundamental tanto para establecer criterios de diseño geométrico de carreteras de nueva planta como para evaluar el trazado de carreteras ya existentes. Las técnicas existentes de estimación de la distancia de visibilidad disponible producen resultados que pueden subestimar o sobreestimar la distancia de visibilidad disponible. En pocos casos se han aplicado sobre carreteras existentes métodos de alto rendimiento y probada precisión, y ninguno de ellos se ha aplicado a estudiar la relación con la seguridad viaria. La relación de la visibilidad disponible con la seguridad viaria no siempre es clara y la literatura muestra diversidad de resultados. El presente trabajo desarrolla una metodología para el estudio de la distancia de visibilidad en tres dimensiones con el fin analizar el trazado de las carreteras desde el punto de vista de la seguridad viaria. A tal efecto, se aprovecha el alto rendimiento de un sistema de información geográfica, donde es posible llevar a cabo un análisis integral (visibilidad, consistencia, intensidad de tráfico, accidentes, etc.). En total se han examinado 11 tramos de carretera de calzada única y un tramo de autopista. Primero se ha estudiado la relación entre distancia de visibilidad disponible y distancia de visibilidad de parada con distintos modelos de elevaciones, constatando que el empleo de modelos digitales de elevaciones que consideran, además del terreno, otros elementos como vegetación, dotaciones viarias o edificaciones, producen resultados más verosímiles. Las diferencias halladas entre los valores de distancia visibilidad disponible de los distintos modelos empleados fueron estadísticamente significativas. A continuación se han empleado estos resultados conjuntamente con la teoría de fiabilidad para abordar el estudio de las implicaciones de la visibilidad disponible sobre la seguridad viaria. Se presentan dos métodos con la visibilidad de parada como función de estado límite para calcular la probabilidad de fallo, incorporando las variables implicadas mediante un enfoque probabilístico frente a los modelos deterministas clásicos todavía vigentes en el diseño geométrico de carreteras. El primer método plantea un estudio continuo de la visibilidad de parada a lo largo de un tramo de carretera. El segundo método analiza la visibilidad de parada en curvas en planta a partir de la visibilidad disponible obtenida en dos y tres dimensiones. Se ha observado que las diferencias en los resultados de probabilidad de fallo, derivadas de cada una de las técnicas de estimación de la visibilidad empleadas, las diferencias son aún más significativas que en los valores de visibilidad disponible. Los resultados de éste último análisis se utilizan además para ajustar un modelo lineal generalizado en curvas en planta que permita evaluar el riesgo de accidente por distancia de visibilidad insuficiente. Las variables de probabilidad y exposición empleadas resultaron estadísticamente significativas. Finalmente se aborda la coordinación tridimensional del trazado en carreteras y sus posibles implicaciones en la seguridad viaria. En primer lugar se ha estudiado el efecto del uso de distintos modelos de elevaciones tanto en la detección de estos defectos del diseño como en los valores de los parámetros que los caracterizan en carreteras de calzada única. Además se han identificado las variables de coordinación tridimensional del trazado que propician la existencia de reapariciones del trazado con mayor frecuencia y su relación con los parámetros característicos. Por otro lado, la coordinación del trazado en autopistas, donde los elementos de la planta, del alzado y la sección transversal tienen dimensiones mayores, se estudia para desarrollar criterios de diseño que permitan evitar la aparición de los principales defectos relacionados con la distancia de visibilidad y la perspectiva de la carretera. Geometric design is a factor of the utmost importance in highway safety. In this regard, sight distance is a fundamental principle to establish criteria both for the geometric design of new highways and to evaluate the alignment of in‐service highways. The outcome of most current sight distance estimation methods may underestimate or overestimate the available sight distance. Only in a few cases, high‐performance methods of proven accuracy have been applied to in‐service highways, and none of them has been applied to establish linkage between sight distance and highway safety. Moreover, the relationship between sight distance and highway safety is not always clear and the literature shows diversity of results. The present work develops a methodology for the study of sight distance in three dimensions in order to assess the alignment of in‐service highways through sight distance, from the point of view of highway safety. For that purpose, the high performance of a geographic information system is exploited, where more comprehensive analyses can be performed (including sight distance, design consistency, traffic volume, collision frequency, etc.). In total, 11 two‐lane rural highways and a motorway section have been examined. First, the difference between the available sight distance and the stopping sight distance has been studied considering different elevation models as inputs. It was observed that the use of digital elevation models that comprise other elements besides the bare ground, such as vegetation, road furniture or buildings, produce more lifelike results. The differences between the available sight distance values on the models used were found to be statistically significant. These results were then used in conjunction with reliability theory to research the implications of available sight distance on highway safety. Two methods are presented contemplating the difference between the available sight distance and the stopping sight distance as the LSF to compute the probability of non‐compliance. The variables involved are incorporated by means of a probabilistic approach instead of the classical deterministic models still in force in highway geometric design standards. The first method conducted a continuous study of the stopping sight distance along a highway section. The second one analyzes the stopping sight distance in horizontal curves from the available sight distance outputs in two and three dimensions. It was observed that the differences in the probability of non‐compliance results, derived from each of the modelling methods contemplated, are statistically even more significant than in the values of the available sight distance. The results of the latter method are also used to fit a generalized linear model in horizontal curves that enables the evaluation of the accident risk caused by insufficient available sight distance. The probability and exposure variables used were statistically significant. Finally, the three‐dimensional alignment coordination of highways and its possible implications on traffic safety are broached. For two‐lane highways, the effect of the use of different elevation models on both the detection of these design shortcomings and on their characteristic parameter values was studied. In addition, the alignment coordination variables which most often favor the existence of sight‐hidden dips have been identified as well as their relation to the characteristic parameters. On the other hand, the three‐dimensional alignment coordination of motorways, where the horizontal and vertical alignments and the cross section are larger, is studied to develop design criteria that prevent the appearance of the main spatial alignment deficits related to sight distance and the perspective of the motorway.

Proyectos asociados

TipoCódigoAcrónimoResponsableTítulo
Gobierno de EspañaTRA2011-25479VISCASIG 11María Castro MalpicaDistancia de visibilidad disponible en carreteras utilizando sistemas de información geográfica

Más información

ID de Registro: 47685
Identificador DC: http://oa.upm.es/47685/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:47685
Identificador DOI: 10.20868/UPM.thesis.47685
Depositado por: Biblioteca ETSI Caminos
Depositado el: 09 Oct 2017 10:09
Ultima Modificación: 09 Oct 2017 10:11
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