Metodología para la evaluación de la consistencia de diseño de carreteras rurales de dos carriles

Abstract

The road geometric design consistency is correlated with its level of safety. This evaluation is performed in three stages: measure or estimation of the operational speed, calculation of the dependent variable in the geometric design consistency scale, and its classification through the scales. To include vertical alignment elements in the speed estimation and geometric design, consistency evaluation may consider as many effects which might vary the operating speed in horizontal curves. The main objective of this dissertation was to develop a methodology that estimate the 85th percentile of the speed differences between consecutive points in a horizontal curve (Δ85VBP), and scales to assess the geometric design consistency using this variable. Geometric data of 38 horizontal curves in two lane rural roads in the West area of Puerto Rico were collected. Free flow speeds of 22,020 users in five points of these horizontal curves were gathered. Sight distance, length between points, degree of curvature, horizontal alignment element, and functional classification were identified as the significant variables to the estimation of Δ85VBP. These were implemented to feed an Artificial Neural Network (ANN) for the estimation of Δ85VBP. An optimal architecture LMBP[48:3:4] was with an average coefficient of determination (R2) of 0.5. Scales for the evaluation of geometric design consistency in tangents and horizontal curves through Receiver Operating Curves (ROC) were developed. Three levels of geometric design consistency for horizontal curves were developed: GOOD if Δ85VBP < 3 MPH, FAIR if 3 MPH ≤ Δ85VBP < 4 MPH, and POOR if Δ85VBP ≥ 4 MPH. In tangents the results were: GOOD if Δ85VBP < 4 MPH, FAIR if 4 MPH ≤ Δ85VBP < 5 MPH, and POOR if Δ85VBP ≥ 5 MPH.

La consistencia del diseño geométrico de una carretera está correlacionada con su nivel de seguridad. Dicha evaluación se realiza mediante tres etapas: la estimación o medición de la velocidad operacional, cálculo del valor de la variable dependiente de la escala de consistencia de diseño y la su clasificación mediante las escalas. Incluir elementos del alineamiento vertical en la estimación de velocidad y evaluación de consistencia de diseño puede tener en cuenta mayor cantidad de efectos que pudieran variar la velocidad operacional en las curvas horizontales. El objetivo de esta disertación fue desarrollar una metodología que estime el percentil 85 del diferencial de velocidad entre puntos consecutivos (Δ85VBP) en una curva horizontal y escalas para la evaluación de consistencia de diseño utilizando dicha variable. Se recolectó la geometría de 38 curvas horizontales en vías rurales de dos carriles ubicadas en el área Oeste de Puerto Rico. La información de la velocidad a flujo libre de 22,020 usuarios en cinco puntos en esas curvas horizontales fue recolectada. La distancia de visibilidad, longitud entre puntos de la curva horizontal, grado de curvatura, elemento del alineamiento vertical y clasificación funcional fueron identificadas como las variables significativas para la estimación de Δ85VBP. Éstas fueron utilizadas para alimentar redes neuronales artificiales para la estimación de Δ85VBP. Se idenitificó una arquitectura óptima LMBP[48:3:4] con un coeficiente de determinación promedio (R2)de 0.5. Se desarrollaron escalas para la evaluación de consistencia de diseño geométrico en tangentes y curvas horizontales mediante las curvas de Característica Operativa del Receptor (ROC, por sus siglas en inglés). Los tres niveles de consistencia de diseño geométrico para curvas horizontales desarrollados fueron: BUENO si Δ85VBP <3 MPH, REGULAR si 3 MPH ≤ Δ85VBP < 4 MPH y POBRE si Δ85VBP ≥ 4 MPH. En tangentes los resultados fueron: BUENO si Δ85VBP < 4 MPH, REGULAR si 3 MPH ≤ Δ85VBP < 4 MPH y POBRE si Δ85VBP ≥ 5 MPH es pobre.