Velocidad y diseño geométrico: Factores para identificar curvas potencialmente peligrosas en carreteras rurales de dos carriles en Puerto Rico

Abstract

Two-lane rural highways network is relevant in the movement of vehicles, freight and socioeconomic development of the cities, towns and municipalities that are served. Furthermore, these types of highways provide access and links to principal arterials within the network. The Federal Highway Administration (FHWA) states that rural highways move the 40% of the total volume of traffic in the United States (2013). However, 57% of traffic fatalities every year occur along this type of highways. Horizontal curves along highways are considered one of the most dangerous elements in the design of the road since 25% of the fatalities are associated with this geometric characteristic. Another factor that has a great effect in the frequency and severity of the crashes is the operational speed along highways, especially when these exceed both the posted and the design speeds. This research focused in collecting speed data of free flow vehicles, geometric characteristics and crash data in two lane rural highways in the west area of Puerto Rico in order to identify high risk horizontal curves and predict the high severity crash rates and probabilities. The purpose of this research required three different types of data in the selected horizontal curves. The first was speed data along the horizontal curve; speed sensors were located in five points in the horizontal curve (entry tangent, point of curvature, midpoint, tangent point and exit tangent). Vehicles captured in all five points in the curve section were used in the analysis and model development. The second data collected are geometric characteristic of road segment; this data include all measures of cross section, horizontal curve geometric design and qualitative features of highway section. The final type of data was the crash history; in this research were analyzed all high severity crashes related to horizontal curves in two lane rural highways in Puerto Rico. Four regression technics were used in the analysis in order to correlate the speed variables and highway characteristics with high severity crash rates: Poisson, Zero Inflated Poisson, Negative Binomial, and Zero Inflated Negative Binomial. Negative binomial model were selected as the best model for high severity crash rates; the independent variables found to be significantly influence the response variable and therefore included in the model were percentage of reckless drivers, curve radii, type of horizontal curve (Isolated, inverted and consecutive), and highway functional classification (arterial, collector, local). Another two regression models were used for the response variable associated with high severity crash probability. The model that best fitted the crash data was the logistic model; the independent variables found to be significant were annual average daily traffic (AADT), operational speed differentials, kurtosis at point of curvature, curve radii, driveway density, and functional classification (arterial, collector, local). Additional to the geometric characteristics, the selected models include several speed variables that reflect the drivers’ behavior along the horizontal curves (speed differentials between MC and entry tangent, Speed differential between exit tangent and PT and kurtosis at PC). This information is an important focus in safety evaluation and can assist the decision making process in roadway design and direct efforts to improve the safety level for drivers in high risk curves.

La red de carreteras rurales de dos carriles es relevante para el movimiento de pasajeros y carga, y para el desarrollo socioeconómico de las ciudades, pueblos o municipios a las que éstas sirven. La Administración Federal de Carreteras estima que las carreteras rurales mueven el 40% del tráfico de la nación, medido en vehículos por milla; sin embargo, en las mismas ocurren el 57% de los choques fatales en Estados Unidos. Las curvas horizontales han sido identificadas como elementos de la alineación horizontal de las carreteras con potenciales problemas de seguridad. Esto es sustentado ya que el 25% de los choques en las carreteras rurales están relacionados a curvas horizontales. En Puerto Rico, el Plan Estratégico para la Seguridad Vial 2014-2018 indica que el 25% de los choques en las carreteras rurales ocurren con vehículos fuera de la carretera, por lo cual pueden estar relacionados a las curvas horizontales. La investigación realizada está dirigida a desarrollar modelos que permitan identificar curvas potencialmente peligrosas, sin necesidad de evaluar todo un segmento que puede incluir tramos rectos además de las curvas tal como se establece en el Manual de Seguridad en las Carreteras (HSM, por sus siglas en inglés). Se recolectó data en 58 curvas horizontales, donde se midió la velocidad, las secciones transversales y las características de diseño geométrico de las curvas. También, se consideraron características cualitativas que se podían estar relacionadas a los choques de alta severidad. La información de choques considerada incluye todos los choques de alta severidad registrados en el periodo desde 2011 hasta el 2015. Como objetivo principal de esta investigación se desarrollaron modelos de predicción para razón de choques y ocurrencia de choques utilizando seis distintos modelos de regresión. Considerando los criterios estadísticos para la comparación de modelos, se seleccionaron las regresiones binomial negativa y el modelo logístico como los modelos que mejor se ajustaron a la razón de choques y ocurrencia de choques de alta severidad respectivamente. Se encontró un efecto estadísticamente significativo entre la razón de choques y las siguientes variables independientes: porciento de conductores temerarios, radio de curvatura, tipo de curva aislada y clasificación funcional de la carretera. Las variables independientes que tienen efecto estadísticamente significativo con la probabilidad de ocurrencia de choques de alta severidad fueron: diferencias en velocidad operacional entre el punto medio de la curva y la tangente de entrada, diferencias en velocidad operacional entre la tangente de salida y el punto de tangencia, curtosis en el punto de curvatura, radio de curva horizontal, densidad de accesos, AADT y clasificación funcional de la carretera. Los análisis realizados permitieron concluir que los conductores seleccionan velocidades similares en curvas localizadas en carreteras clasificadas como colectoras y locales. La dirección de giro de la curva horizontal no tiene un efecto significativo en la selección de velocidad ni en los niveles de seguridad. Los modelos desarrollados incluyeron variables relacionadas a la velocidad, por lo cual este parámetro es estadísticamente importante para predecir el número y probabilidad de choques de alta severidad en carreteras rurales de dos carriles en Puerto Rico. Los modelos están enfocados solo en secciones de curvas horizontales; esto brinda la flexibilidad de identificar las curvas con mayor probabilidad de ocurrencia de choques de alta severidad, por lo cual se pueden enfocar los esfuerzos en aquellas secciones con mayor potencial a experimentar choques severos en carreteras rurales de dos carriles.