Análisis de la funcionalidad del tráfico en carreteras convencionales en función de la distribución y características de sus zonas de adelantamiento

Abstract

[EN] Two-lane highways must be safe for the motorists, but they also need to provide operational efficiency. The Spanish geometric design standards indicate that the desirable proportion of passing zones is 40% of the total length for each travel direction; and passing zones should be evenly distributed. The standards indirectly expect to accommodate the design hourly volume. The Highway Capacity Manual (HCM 2010) methodology is used in Spain to evaluate traffic operation and quality of service. Three performance measures are used in two-lane highways: average travel speed; percent time spent following; and, percent free flow. The effect of passing is considered through adjustment factors to average speed and percent time spent following. They depend on the percentage of no passing zones and were obtained through simulations in TWOPAS, which was calibrated with field data from the 70's. The PhD thesis develops and analyzes in detail two-lane highways performance measures and the effect of passing zones. To do so, current passing behavior was documented. The analysis included performance measures at one section of the highway and effectiveness of passing zones. Then, TWOPAS was calibrated and validated using genetic algorithms. The model was applied to an ideal two-lane highway varying directional traffic flow, directional split, percentage of no passing zones and average passing zone length. More than 300000 scenarios were evaluated. The analysis allowed to develop technical criteria to adequately include passing zones in two-lane highways considering their operational impacts. Moreover, the HCM 2010 methodology was adapted to Spanish driver behavior.

[ES] Las vías deben ser seguras para todos sus usuarios, pero también deben satisfacer la demanda de tráfico con un nivel de servicio aceptable. En la normativa española de diseño geométrico se indica que en las carreteras convencionales el porcentaje de zonas de adelantamiento deseable es del 40% por cada sentido de circulación y debe estar lo más uniformemente repartido posible, para asegurar su adecuada funcionalidad, y se propone la metodología del Manual de Capacidad americano (HCM 2010) para su estimación. El HCM 2010 basa la calidad del tráfico en tres medidas de desempeño: la velocidad media, el porcentaje de tiempo en cola y el porcentaje de velocidad libre. En ellas, el efecto de las zonas de adelantamiento se traduce en unos coeficientes de ajuste en función del porcentaje de zona de adelantamiento no permitido a lo largo del segmento. Estos coeficientes no dependen de la distribución y las características de las zonas de adelantamiento, a pesar de que pueden modificar el comportamiento del tráfico. Además, se desarrollaron en base a simulaciones calibradas con datos americanos de los años setenta. La presente Tesis Doctoral desarrolla y profundiza el análisis de medidas de desempeño de tráfico en carreteras convencionales, en concreto el efecto que las zonas de adelantamiento tienen en ellas, para la evaluación de su funcionalidad. Para ello, se tomaron datos experimentales en zonas de adelantamiento en España y se evaluaron, por un lado, las medidas de desempeño en la sección de carretera y por otro lado, la efectividad de las zonas de adelantamiento. Asimismo, se calibra por primera vez a las condiciones españolas un microsimulador de tráfico con algoritmos genéticos, a partir de los datos observacionales, y se aplica a nuevas configuraciones, variando características geométricas (porcentaje de zona de adelantamiento, longitud media de las zonas de adelantamiento y su distribución) y de tráfico (volumen direccional, reparto y porcentaje de pesados). Así, se puede determinar la afección de las zonas de adelantamiento en la funcionalidad de un segmento de carretera. Todo ello ha permitido, por un lado, el desarrollo de criterios técnicos para la adecuada inclusión de zonas de adelantamiento en el diseño geométrico de una carretera convencional, y por otro lado, la propuesta de una metodología para evaluar la calidad del tráfico en carreteras convencionales españolas.

[CA] Les carreteres han de ser segures per a tots els seus usuaris, però també han de satisfer la demanda de tràfic amb un nivell de servici acceptable. En la normativa espanyola de disseny geomètric s'indica que a las carreteres convencionals, el percentatge de zones d'avançament permès desitjable és del 40% per cada sentit de circulació. Les zones han de estar repartides tan uniformement com siga possible, per tal d'assegurar la seua funcionalitat. Es proposa la metodologia del Manual de Capacitat americà (HCM 2010) per a la seua estimació. El HCM 2010 basa la qualitat del tràfic en tres mesures de rendiment: la velocitat mitjana, el percentatge de temps en cola i el percentatge de velocitat lliure. L'efecte de les zones d'avançament en aquelles mesures es tradueix en l'ús d'uns coeficients d'ajust en funció del percentatge de zones d'avançament permès al llarg del segment. Aquests coeficients no depenen ni de la distribució ni de les característiques de les zones d'avançament, factors que podrien modificar el comportament del tràfic. A més, els coeficients es van desenvolupar en base a simulacions calibrades amb dades americanes dels anys setanta. La present Tesi Doctoral desenvolupa i profunditza en l'anàlisi de les mesures de rendiment del tràfic en carreters convencionals. Concretament, en l'efecte que les zones d'avançament tenen en elles, per tal d'avaluar la seua funcionalitat. Per tot allò, es van obtenir dades experimentals en zones d'avançament d'Espanya, i es van avaluar, d'una banda, les mesures de rendiment en la secció de la carretera, i d'altra, l'efectivitat de les zones d'avançament. També es va calibrar, per primera vegada, un microsimulador de tràfic amb les condicions espanyoles i emprant algoritmes genètics. El model calibrat es va aplicar a noves configuracions de segments de carretera, variant les seues característiques geomètriques (percentatges de zones d'avançament permès, longitud mitjana de les zones i distribució al llarg del segment) i de tràfic (volum direccional, repartiment i percentatge de vehicles pesats). D'aquesta manera es va poder determinar l'afecció de les zones d'avançament en la funcionalitat d'un segment de carretera. Tot allò ha permès, d'una banda, el desenvolupament de criteris tècnics per incloure de manera adequada les zones d'avançament en el disseny geomètric d'una carretera convencional. D'altra banda, s'ha proposat una metodologia per avaluar la qualitat del tràfic a les carreteres convencionals espanyoles.