UNA MIRADA HACIA ADELANTE

Transcripción

1 A3A08: Committee on Operational Effects of Geometrics Chair: Douglas W. Harwood Efectos de la Geometría de los Caminos Sobre la Operación y Seguridad, en el Cambio de Milenio, y Más Allá DOUGLAS W. HARWOOD, Midwest Research Institute JOSEPH E. HUMMER, North Carolina State University KEITH KNAPP, Iowa State University La llegada del nuevo milenio es propicia para un balance: nos recuerda cuán lejos hemos llegado en la investigación del transporte y cuánto hay aún para hacer. Mirando hacia adelante desde el año 2000, es posible anticipar los cambios que veremos en nuestro sistema de transporte, y el papel que los efectos operacionales de la geometría jugarán en esos cambios. Este informe considera temas clave sobre los efectos operacionales de la geometría en el cambio de milenio, y temas emergentes que se volverán crecientemente importantes. La Historia nos dice que en algunas épocas y en algunos modos de transporte se necesitan menos de 100 años para que ocurra una revolución. Sólo pasaron 65 años desde laborioso cruce del continente a caballo y en bote por parte de Lewis y Clark hasta el alunizaje. Mirando hacia atrás, los cambios en el sistema vial durante los últimos 100 años fueron revolucionarios, en tanto los cambios en el sistema vial durante los pasados 50 años fueron más revolucionarios aún. Aunque en 1900 un observador podría haber tenido gran dificultad en pintar el sistema vial de hoy, un astuto observador en 1950 podría haber previsto mucho de lo que ocurrió desde entonces. En realidad, muchos de los amplios principios del diseño geométrico vial se formularon en los 1930s y 1940s, y hoy sólo cambiaron en sus detalles. Los miembros del Comité sobre Efectos Operacionales de la Geometría consideran probable que tales cambios revolucionarios en el transporte vial continuarán. En este informe veremos algunos cambios clave previstos y tendencias del diseño geométrico vial, y su relación con los efectos operacionales y de seguridad del transporte UNA MIRADA HACIA ADELANTE En el futuro previsible, esperamos que los cambios en el transporte vial sean evolucionarios, en lugar de revolucionarios. Aunque podemos experimentar alguna catástrofe o cambio tecnológico que haga obsoleto el viaje en automóvil y camión, el escenario más probable es una continuación de la evolución, en curso desde hace 100 años. A continuación sigue nuestra visión de seis de los cambios importantes en los efectos operacionales y de seguridad que probablemente ocurrirán en los próximos 50 o 60 años Primero, esperamos que en los EUA los volúmenes de tránsito continúen creciendo por lo menos durante los próximos 60 años, y durante todo el siglo 21 en el mundo en desarrollo. Así, habrá más congestión y más accidentes de todo tipo. En particular, las operaciones de tránsito y seguridad serán de persistente interés en los viejos caminos rurales subestándares, convertidos por el servicio en arteriales suburbanos.

2 Los buenos diseños de intersecciones y los controles de acceso serán más importantes que nunca en mitigar e incrementar los choques multivehículos. Segundo, continuará la revolución informática en tanto las computadoras, comunicaciones y sensores se vuelvan crecientemente más rápidos y baratos. Los organismos viales tendrán acceso a conjuntos completos de datos sobre las posiciones y velocidades de los vehículos, y condiciones de los caminos. Con tales datos, los organismos viales generarán mejores herramientas de administración del tránsito, mejores modelos de predicción de accidentes, y simulaciones más realistas de los mejoramientos propuestos. La información disponible al conductor será también tremendamente mejorada. La visión nocturna, la previsión de choques y el mejoramiento de las señales de advertencia estarán entre las innovaciones rutinariamente disponibles para mejorar la seguridad de los usuarios viales. Tercero, la nueva tecnología de los vehículos, incluyendo materiales de avanzada, afectará la seguridad vial en varias formas importantes. Los choques serán menos graves debido a las bolsas de aire envolventes, cascos y armaduras más fuertes para los motociclistas, y barandas de defensa más fuertes y baratas. Nuevos métodos facilitarán el control de la nieve y hielo. Las estructuras serán más livianas y baratas, y los túneles más fácil de excavar. Cuarto, en todo el mundo se acelerará la tendencia a la propiedad privada de la infraestructura de transporte, incluyendo los caminos. Continuará la tendencia actual hacia la administración de carriles, y carriles exclusivos para vehículos de alta ocupación. Se volverán comunes las estrategias para construir y operar caminos, actualmente usadas en sólo una base limitada, incluyendo el peaje de los caminos existentes, acuerdos de diseñarconstruir y diseñar-construir-operar, sociedades público-privado, y, al final, propiedad privada. Los acuerdos diseñar-construir podrán requerir garantías de comportamiento seguro por parte del propietario privado del camino, y los propietarios podrán hacer propaganda de la seguridad y eficiencia operacional de sus caminos, como un medio para atraer tránsito. Quinto, los programas de compromiso público y comunitario, junto con las restricciones ambientales y los altos costos de las propiedades, casi imposibilitarán la obtención de nuevas franjas de derecho-de-vía para nuevos proyectos viales. Consecuentemente, muchos caminos nuevos serán elevados o en túneles, y será muy importante la seguridad en esas condiciones. Sexto, en los EUA están en desarrollo importantes cambios en la demografía de los conductores y en la composición de la flota vehicular, incluyendo más conductores mayores de 65 años, más conductores adolescentes y jóvenes, y vehículos más grandes. En suma, esperamos sistemas crecientemente privados para enfrentar más altos volúmenes de tránsito, sin mucha posibilidad de sumar nuevos caminos. Afortunadamente, para los organismos que puedan disponerlos, la mejor información y materiales ayudarán a mejorar la eficiencia operacional y a que caigan los índices de accidentes. Sin embargo, para aquellos que no puedan disponer de tales adelantos, la geometría vial insegura contribuirá a un sustancial crecimiento del número de choques.

3 Desde hace tiempo se espera que las carreteras automatizadas con control computadorizado de los vehículos tomen el control de la conducción, y hagan menos críticos los efectos sobre la operación y seguridad de la geometría del camino. Aunque algunas carreteras -tales como importantes autopistas urbanas- puedan automatizarse en alguna extensión, predecimos que la mayor parte de la conducción se hará sobre caminos convencionales con control del conductor. Una comprensión más completa de los efectos de las características geométricas sobre la operación y la seguridad de los caminos permanecerá siendo importante para la segura y eficiente operación del sistema vial. TEMAS CLAVE El Comité Sobre Efectos Operacionales de la Geometría identificó cinco temas que vemos como el foco de los avances en el diseño geométrico vial en los años por venir: Efectos operacionales de los elementos de diseño geométrico, Efectos sobre la seguridad de los elementos de diseño geométrico, Impacto de la tecnología sobre el diseño geométrico, Impacto de la tendencias demográficas, y Flexibilidad en el diseño geométrico. Cada uno de estos temas se trata a continuación, poniendo énfasis en la necesidad de continuar las investigaciones. 1. EFECTOS OPERACIONALES DE LOS ELEMENTOS DE DISEÑO GEOMÉTRICO Los elementos de diseño geométrico juegan un papel importante en definir la eficiencia operacional de cualquier camino. Los elementos clave de diseño geométrico que influyen en las operaciones de tránsito incluyen el número y ancho de carriles, la presencia y ancho de bermas y medianas, y el alineamiento vertical de la carretera. La fuente de referencia clave en documentar los efectos operacionales sobre el tránsito de los elementos de diseño geométrico es el Manual de Capacidad de Caminos (Highway Capacity Manual, HCM (1)), de responsabilidad del Comité Sobre Capacidad y Calidad del Servicio. La publicación de la nueva edición del HCM, que incorpora el conocimiento más reciente sobre los efectos operacionales de la geometría, se anticipa para el año Por primera vez, esta nueva edición será más que sólo un manual impreso. Una versión en CD-ROM integrará el manual, problemas de ejemplo y presentaciones multimedia en un solo disco compacto. Aunque se mejora la tecnología de presentar el HCM a los usuarios, es necesario continuar investigando para desarrollar una mejor comprensión de los efectos sobre la operación del tránsito de los elementos de diseño geométrico; una comprensión amplia, pero no demasiado profunda. Para muchos tipos de caminos sólo hemos comenzado a desarrollar métodos para predecir los efectos de los elementos individuales de diseño geométrico sobre las velocidades del tránsito, y otras medidas de comportamiento operacional. Por ejemplo, la Administración Federal de Carreteras (Federal Highway Administration, FHWA) está desarrollando un algoritmo de predicción de velocidad para carreteras de dos carriles que puede servir de base para identificar las características incoherentes de un diseño propuesto que presenten potenciales problemas de seguridad.

4 Más allá de los procedimientos de análisis operacional del HCM, hay una amplia variedad de modelos computadorizados de tránsito -determinísticos y estocásticos- usados para evaluar el comportamiento operacional del tránsito de caminos específicos. Éstos incluyen los modelos TWOPAS y TRARR para carreteras de dos-carriles, el modelo CORFLO para autopistas, el modelo NETSIM para redes viales urbanas, y una amplia variedad de modelos para intersecciones semaforizadas. Estos modelos varían ampliamente en el detalle y precisión con que se presentan los efectos operacionales de las características de diseño geométrico, como opuestas a los volúmenes de tránsito y a los dispositivos de control. Hay una clara necesidad de incorporar totalmente en estos modelos los resultados de la investigación existente y de alentar nueva investigación para llenar los vacíos en el conocimiento. Los modelos ambientales que deducen estimaciones de la calidad del aire también carecen de una representación detallada de los efectos de los elementos de diseño geométrico sobre las velocidades del tránsito. 2. EFECTOS SOBRE LA SEGURIDAD DE LOS ELEMENTOS DE DISEÑO GEOMÉTRICO Aunque se investigaron mucho los efectos de los elementos de diseño geométrico sobre la seguridad, gran parte se enfocó en temas específicos aislados, con exclusión de otros temas relacionados. Así, tenemos una buena sensación de los efectos sobre la seguridad de muchos elementos de diseño geométrico, pero nos faltan herramientas para desarrollar evaluaciones cuantitativas de los efectos previstos sobre la seguridad de mejoramientos viales propuestos. Esto es importante porque al desarrollar los diseños geométricos de nuevos proyectos, típicamente cuantificamos anticipadamente cada efecto, incluyendo, pero no limitado a, operaciones de tránsito, calidad del aire, ruido, drenaje y costos de construcción, pero no la seguridad. Aun cuando se hagan estimaciones de seguridad, típicamente ellas confían en los juicios de analistas individuales acerca de la investigación sobre seguridad disponible, más que en procedimientos establecidos y ampliamente aceptados. Advertimos la necesidad de codificar el conocimiento sobre seguridad y dar herramientas analíticas para predecir el comportamiento a la seguridad de los caminos existentes, y el previsto en los proyectos propuestos. Potencialmente, esto podría realizarse por medio del desarrollo de un manual de seguridad vial, equivalente en estatura al HCM, que podría resultar en un método estandarizado para estimar la seguridad. La FHWA está realizando un primer esfuerzo en esta dirección al desarrollar un algoritmo de predicción de accidentes de propósito-general para caminos rurales de dos carriles: Modelo Interactivo para Diseñar la Seguridad Vial (Interactive Highway Safety Design Model, IHSDM). Este enfoque podría expandirse a otros tipos de caminos. La precisión de cualesquiera herramientas desarrolladas de predicción de la seguridad depende de la confiabilidad de los resultados de la investigación relativa a los efectos sobre la seguridad de las características geométricas. Recientemente se avanzó mucho en técnicas de investigación y se esperan más avances. Al desarrollar las relaciones estadísticas entre las características geométricas y la seguridad, los investigadores comenzaron a usar técnicas de regresión, tales como Poisson y regresión binomial negativa, las cuales son por lejos más adecuadas a la naturaleza de los datos de accidentes que la regresión múltiple tradicional.

5 Además, hay un reconocimiento clave de que los resultados de las bien-diseñadas evaluaciones antes-y-después dan mejores medidas de la efectividad de la seguridad que las relaciones de regresión, las cuales, por su naturaleza, no representan necesariamente las relaciones causa-efecto. Las técnicas para realizar bien-diseñadas evaluaciones antes-y-después han mejorado. En particular, el enfoque empírico de Bayes para estudios antes-y-después tiene la posibilidad de eliminar muchas limitaciones de las evaluaciones pasadas. Recientemente, Hauer (2) formalizó los procedimientos para aplicar el enfoque empírico de Bayes. Finalmente, para tener un impacto máximo en la seguridad del diseño geométrico, los resultados de la investigación de la seguridad deben incorporarse en una política de diseño nacional, tal como la Política sobre Diseño Geométrico de Calles y Caminos (Policy on Geometric Design of Streets and Highways) publicada por AASHTO (3), también conocida como el Libro Verde, y en las políticas de los organismos viales individuales. Esto ha estado ocurriendo efectivamente en los años recientes con el patrocinio de AASHTO del Programa Nacional de Investigación Vial Cooperativa (NCHRP) administrado por el TRB. Investigaciones recientes del NCHRP sobre temas clave de diseño geométrico -tales como las distancias de visibilidad de detención y de intersección- fueron solicitadas por AASHTO, y ahora se están considerando para incluirlas en el Libro Verde. La política de AASHTO establece un prototipo que influye en las políticas de diseño de organismos viales individuales de los EUA, y en todo el mundo. Es vital que continúe este enfoque cooperativo para dirigir la implementación de los resultados de la investigación sobre diseño geométrico. 3. IMPACTO DE LA TECNOLOGÍA SOBRE EL DISEÑO GEOMÉTRICO La tecnología tiene un efecto importante en el diseño geométrico de caminos. Durante los pasados 20 años, el diseño vial se trasladó desde el tablero de dibujo hasta la computadora, cuando la mayoría de los organismos viales y consultores en diseño implementaron los sistemas de diseño-asistido-por-computadora (CAD). Los sistemas CAD trajeron una revolución en la eficiencia de los procesos de diseño, pero nada acerca de diseños viales mejores y más seguros. El uso casi universal de los sistemas CAD para diseño vial dan la oportunidad de asegurar una mejor consideración de los efectos operacionales y de seguridad de los elementos de diseño geométrico en los proyectos propuestos. Para realizar esto, es necesario que las herramientas de computación trabajen interactivamente con los sistemas CAD y permitan a los usuarios evaluar los efectos operacionales y de seguridad de la geometría La FHWA está desarrollando un sistema de primera-generación de este tipo, conocido como Modelo Interactivo para Diseñar la Seguridad Vial (IHSDM) (4), el cual será una adecuada herramienta de computación totalmente integrable a un rango de sistemas CAD, que permitirá a los usuarios mejorar la seguridad y eficiencia operacional de sus diseños.

6 Los componentes del IHSDM incluirán Módulo de revisión de la política de diseño Herramienta de análisis de la coherencia de diseño, Algoritmo de predicción de choques, Paquete de revisión de diagnóstico para diseño de intersecciones, Módulo de comportamiento conductor-vehículo, y Módulo de análisis del tránsito. El desarrollo inicial del IHSDM es para caminos rurales de dos-carriles, pero se espera que su alcance se expanda a otros tipos de caminos. Meramente, el IHSDM es un ejemplo inicial de los tipos de mejoramientos conducidos por la tecnología que se necesitan para incrementar la consideración de la seguridad en el proceso de diseño. El algoritmo de predicción de accidentes y otras herramientas como la metodología de análisis de la coherencia de diseño son clave en el cambio de consideración de la seguridad en el diseño desde un tema cualitativo a uno cuantitativo. Un manual de seguridad vial como el mencionado arriba es un método por el cual podrían establecerse y publicarse los procedimientos cuantitativos de seguridad. En el futuro, será vital mantener actualizadas estas herramientas, en tanto se disponga de nuevos conocimientos sobre la seguridad. Además, en tanto se desarrolle la tecnología de la computación, serán posibles nuevos enfoques sobre el diseño-seguro que aún no podemos imaginar. No prevemos que los diseño viales puedan o debieran desarrollarse por medio de una computadora sin la intervención del proyectista humano, pero vemos que, crecientemente, el software reclamará la atención de los proyectistas sobre temas relacionados con la seguridad, que podrían no haber sido detectados hasta más tarde en el proceso de diseño, o hasta después de la construcción del camino. La comunidad de diseño e investigación vial debe estar alerta a estas tecnologías en tanto se desarrollen, y deben cuidar que se apliquen efectivamente para elaborar diseños viales mejores y más seguros. 4. IMPACTO DE LAS TENDENCIAS DEMOGRÁFICAS Las tendencias demográficas ya están impactando sobre el sistema vial de los EUA, dándoles más importancia que nunca a los efectos de la geometría sobre la operación y seguridad de los caminos. La tendencia demográfica clave es un incremento de los conductores ancianos que usan el sistema vial. Al cambiar de siglo, aproximadamente el 13 por ciento de la población norteamericana tiene más de 65 años de edad. El porcentaje puede llegar a 20 alrededor del La investigación indica que los índices de accidentes crecen marcadamente después de la edad de 55 años y que incurren en violaciones típicas; las cuales comprenden señales, derecho-de-paso, y giros a la izquierda. Además, la mayoría de los accidentes que involucran a conductores ancianos tiene lugar bajo condiciones ideales, dado que los conductores más viejos conducen mucho menos de noche, y menos en tránsito denso (5,6). Dado el previsto cambio en la distribución de edades en la población de conductores, será crecientemente importante diseñar carreteras para acomodar a los conductores cuyos tiempos de percepción-reacción y aptitudes motoras pueden ser menores que las de los niveles de comportamiento del promedio de la población de conductores.

7 La FHWA desarrolló un Manual de Diseño Vial para Conductores Ancianos (7) para recomendar prácticas de diseño vial que mejoren el acomodamiento de los conductores ancianos. Las recomendaciones del manual incluyen cambios en los criterios de diseño y control del tránsito para intersecciones a-nivel, distribuidores, curvatura y zonas de adelantamiento, y zonas de trabajos de construcción. Se prevé que también la población de peatones sea más vieja en el futuro. Puede haber un incremento en la proporción de peatones con incapacidades, haciendo más crítico el cumplimiento de los requerimientos de la Ley Sobre Norteamericanos con Discapacidades. La tendencia hacia una población más anciana significa que la población incluye más personas jubiladas o próximas a jubilarse, quienes tienen mayor tiempo para gastar en actividades placenteras, incluyendo los viajes. Se espera que esta tendencia resulte en un incremento del número de vehículos recreacionales (RVs) en las carreteras. Un relevamiento reciente halló que el porcentaje de propietarios -entre años de edad- de vehículos recreacionales creció 25 por ciento desde 1993, a mayor ritmo que para cualquier otro grupo de edad (8). Los vehículos más grandes, incluyendo pickups, vagonetas y deportivo-utilitarios, ya constituyen un tercio de las ventas de nuevos vehículos de pasajeros, y el previsto incremento en las ventas de RVs acentuará esta tendencia. Los conductores más jóvenes -especialmente los conductores en la adolescencia y juventud hasta 20 años- experimento índices de accidentes mayores, igual que los correspondientes a los conductores arriba de los 55 años de edad. El previsto eco o rebote de nacimientos es probable que incremente la proporción de conductores más jóvenes. La geometría vial bien diseñada puede jugar un papel importante en minimizar el número y la gravedad de los accidentes que involucren a los conductores más jóvenes, no sólo a los ancianos. 5. FLEXIBILIDAD EN DISEÑO GEOMÉTRICO Una tendencia emergente es el fomento de la flexibilidad en el diseño geométrico de proyectos de mejoramiento de caminos. Históricamente, el diseño vial se realizó cumpliendo las políticas de diseño establecidas por AASHTO en el nivel nacional, y por los organismos viales individuales. Donde fuere necesario pueden hacerse excepciones a estas políticas, pero típicamente deben justificarse extensivamente. Los procedimientos establecidos por los organismos viales desalientan las excepciones de diseño. La filosofía de diseño actual se basa en la implícita suposición de que cualquier diseño desarrollado según las políticas de diseño establecidas es seguro, y que cualquier diseño que no cumple los aspectos clave de las políticas establecidas es inseguro. Muchos ingenieros toman esto por garantido, y -en los pleitos por responsabilidad civil- las cortes parecen basar sus decisiones sobre esta filosofía. La necesidad de la flexibilidad en el diseño surge porque muchos factores -otros que la seguridad- deben considerarse en el diseño de un mejoramiento vial. En muchas decisiones de diseño los factores críticos incluyen impactos sobre las vecindades y comunidades existentes, calidad del aire, ruido, calidad del agua y pantanos, preservación de lugares históricos, y costos de construcción. La prioridad o peso dado a cada uno de estos factores puede reflejar las prioridades de la comunidad, y las leyes y regulaciones en vigor. Además, en muchos casos, el diseño geométrico puede apartarse de las políticas establecidas sin comprometer la seguridad.

8 Muchos elementos de las normas de diseño geométrico se hicieron intencionadamente muy conservadoras ante la falta de conocimiento explícito de las relaciones de la seguridad de particulares características de diseño. Para 1998 se convocó la asistencia de organismos viales a una sesión del Encuentro Anual de la TRB respaldado por el Comité Sobre Efectos Operacionales de la Geometría, y a dos talleres de trabajo titulados Pensar Más Allá del Pavimento y Diseño Sensitivo al Contexto (CSD) para formular estrategias para considerar una amplia variedad de factores en la toma de decisiones sobre diseño geométrico. La consideración de los valores de la comunidad es probable que crezca como un tema, y debería continuarse el impulso establecido por conferencias recientes. Para introducir mayor flexibilidad en el futuro proceso de diseño geométrico, es esencial investigar los efectos operacionales y de seguridad de la geometría, porque para los ingenieros y planificadores será mucho más importante conocer qué criterios de diseño pueden relajarse sin comprometer la seguridad y sin crear indeseables niveles de congestión. Mejores herramientas de computación como las tratadas anteriormente serán de creciente importancia en el análisis de los diseños alternativos propuestos. Los algoritmos de predicción de accidentes, como los de carreteras de dos-carriles en proceso de desarrollo por el IHSDM pueden tener un papel importante en la comparación del comportamiento-alaseguridad de diseños alternativos. Los sistemas expertos, como el modelo de revisión de diagnóstico para las intersecciones a-nivel de las carreteras rurales de dos-carriles en desarrollo por el IHSDM pueden considerar si la relajación de las políticas de diseño geométrico establecidas conducirán a potenciales problemas de seguridad. Cuando más crezca nuestro conocimiento sobre las relaciones de los elementos de diseño geométrico a partir de la investigación futura, mayor será la flexibilidad a introducir en el proceso de diseño, sin comprometer la seguridad. CONCLUSIÓN Como cierre, en el futuro predecible el Comité Sobre Efectos Operacionales de la Geometría espera cambios evolucionarios en nuestro sistema vial de transporte. Estos cambios incluirán el continuo crecimiento de los volúmenes de tránsito, de la tecnología de la computación y de los vehículos. Más y más caminos podrán ser privadamente pertenecidos, operados o ambos. Las restricciones ambientales y los costos de la propiedad dificultarán la construcción de nuevos caminos, y mejorará la eficiencia del actual sistema vial. Los temas clave relacionados con los efectos operacionales del diseño geométrico en el futuro predecible incluyen los efectos operacionales de la geometría, los efectos sobre la seguridad de la geometría, el impacto de la tecnología en el diseño geométrico, el impacto de las tendencias demográficas del conductor, y la flexibilidad del diseño geométrico. Al entrar en el próximo milenio será necesario investigar todas estas áreas para mantener operando eficiente y seguramente a nuestro sistema de transporte vial.

9 REFERENCIAS 1. Special Report 209: Highway Capacity Manual. TRB, National Research Council, Washington, D.C., 1994 (updated 1997). 2. Hauer, E. Observational Before-After Studies in Road Safety. Pergamon/Elsevier Science, Tarrytown, N.Y., A Policy on Geometric Design of Streets and Highways. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., Paniati, J. F., and J. True. Transportation Research Circular 453: Interactive Highway Safety Design Model (IHSDM): Designing Highways with Safety in Mind. TRB, National Research Council, Washington, D.C., Feb Pline, J. L., ed. Traffic Engineering Handbook. Institute of Transportation Engineers; Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J., Special Report 218: Transportation in an Aging Society: Improving Mobility and Safety for Older Persons. TRB, National Research Council, Washington, D.C., Staplin, L., K. Lococo, and S. Byington. Older Driver Highway Design Handbook. Report FHWA-RD FHWA, U.S. Department of Transportation, Jan Popularity of RVs Surges to All-Time High. The Tribune, Ames, Iowa, July 6, Traducción Francisco Justo SIERRA Ingeniero Civil UBA Docente de la EGIC enero 2003