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EVALUACIÓN SEGURIDAD ZONA-DESPEJADA/TALUD-LATERAL EN CR2C BASADA EN
ANÁLISIS DE CONFIABILIDAD
Mohammad Jalayer
Ph.D. Candidato Dept. Ingeniería Civil
La Universidad de Auburn Auburn AL 36849-5337
Jalayer@auburn.edu
Zhou Huaguo
Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Civil
La Universidad de Auburn Auburn AL 36849-5337
Zhouhugo@auburn.edu
https://www.researchgate.net/publication/312538865_Safety_Evaluation_Of_Clear_ZoneSidesl
ope_In_Rural_Two-Lane_Roads_Based_On_Reliability_Analysis
RESUMEN
Principalmente, la gravedad de los choques por despistes depende de las características del
camino, incluyendo talud-lateral, densidad y separación de objetos fijos, anchura de las ban-
quinas, etc. El choque contra objetos fijos se identifica como el primer suceso perjudicial en los
choques por despistes. Las contramedidas comunes de ingeniería sobre seguridad vial inclu-
yen: mejoramientos de la sección transversal, supresión o modificación de riesgos, y delinea-
ción. No siempre es viable mantener el costado del camino despejado de objetos fijos, como
las guías de diseño recomiendan. En la actualidad, el ancho de la zona despejada y empina-
miento de taludes-laterales se usan para determinar la clasificación de peligros viales y cuanti-
ficar la seguridad en los CR2C, usando niveles discretos de 1 a 7. Como estas variables son
continuas y se tratan como variables aleatorias, puede usarse el análisis probabilístico para te-
ner en cuenta la incertidumbre como un método opcional aplicable Para ser más específicos,
haciendo hincapié en el análisis de fiabilidad es posible cuantificar el nivel de seguridad vial al
tratar el ancho de zona despejada y el empinamiento del talud-lateral como dos variables conti-
nuas, en lugar de discretas. El objetivo es definir el índice de confiabilidad y medir la seguridad
de los CR2C. Los segmentos se seleccionaron al azar en tres condados de Illinois y se analiza-
ron con un enfoque pragmático. Sobre la base de los resultados obtenidos, los índices de con-
fiabilidad pueden servir como indicadores para medir el nivel de seguridad, mostrando que a
mayores índices de confiabilidad, menor será la tasa de siniestros por despistes.
INTRODUCCIÓN
La FHWA define un choque por despiste como "un siniestro en el que un vehículo cruza una
línea de borde, central, o abandona la calzada". Estos choques -compuestos por despistes y
frontales- tienden a ser más graves que cualquier otro tipo de siniestro. Según la FHWA, en
2012 el 56% de las víctimas mortales se implicaron en choques de vehículos automotores. Se-
gún una consulta de seis años de datos de siniestros (2007-2012) un promedio de 57 por cien-
to de la circulación de vehículos automotores chocaron cada año, y un total de 7.416 personas
murieron en siniestros viales por choques contra objetos fijos laterales, 22 por ciento del total
de muertes en los EUA. La mayoría de los choques por despistes fueron de noche, con tiempo
inclemente, niebla, lluvia, nieve. En los CR2C ocurrieron el 70 por ciento del total de muertes
en choques por despistes. Los elementos talud-lateral, densidad y retranqueo de objetos fijos
tienen un efecto significativo en la frecuencia y gravedad de los siniestros por despistes. En el
2010 Manual de Seguridad Vial (HSM), las características visibles del camino son insumos im-
portantes para los modelos de predicción de choques en CR2C.

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El Highway Safety Manual de AASHTO 2010 predice las frecuencias medias de choque para
tres diferentes instalaciones: [1] CR2C, [2] caminos multicarriles, y [3] arteriales urbanos y sub-
urbanos, sobre la base de la sección transversal, geometría y volúmenes de tránsito. Para los
CR2C, la calificación de riesgo lateral (FCR) es la única característica de entrada para los mo-
delos de predicción de choques. FCR es una medida subjetiva definida como el promedio del
nivel de riesgo en el entorno del camino y clasificados en siete categorías diferentes, AASHTO
(2010):
1. Zona despejada mayor o igual a 9 m; Talud-lateral halagar a 1V:4H
2. Zona despejada entre 6 y 7,5 m; Talud-lateral aproximadamente 1V:4H
3. zona despejada alrededor de 3 m; Talud-lateral aproximadamente 1V:3H
4. Zona despejada entre 1,5 y 3 m; Talud-lateral aproximadamente 1V:3H; marginalmente
perdonando
5. Zona despejada entre 1,5 y 3 m; Talud-lateral aproximadamente 1V:3H; prácticamente no
recuperable.
6. desactive la zona inferior o igual a 5m; Talud-lateral aproximadamente 1V:2H; no recupera-
ble.
7. Zona despejada de menos de 5m; Talud-lateral de 1V:2H o más escarpada; no recuperable.
La zona despejada se define como "un área traspasable expedita, siempre más allá del borde
de la calzada para recuperación de vehículos errantes" (AASHTO 2011); incluye banquinas, bi-
cisendas, carriles auxiliares, talud-lateral expresado como proporción de la distancia vertical a
la horizontal.
Un enfoque probabilista permite el análisis sistemático de las incertidumbres. El análisis de
confiabilidad es un método probabilístico que especifica el margen de seguridad de un sistema,
porque la fiabilidad es la capacidad del sistema de funcionar bajo determinadas condiciones.
Este concepto se usa ampliamente en otros estudios: diseño estructural, ingeniería sísmica e
ingeniería mecánica. Generalmente, LSF es la declaración que demuestra la expectativa de
rendimiento funcional de todo el sistema. Muchos investigadores en diferentes campos de es-
tudio, especialmente en ingeniería estructural, definen el concepto de LSF. Por ejemplo, Nowak
y Collins (2012) identificaron LSF en términos de la diferencia entre la capacidad de transporte
de carga y la demanda o efecto de carga. Como límite para el estado, dos parámetros esencia-
les pueden contribuir al margen de seguridad: la capacidad y la demanda. Teniendo ventajas
de modelos matemáticos, que consideran que la discrepancia entre la demanda y la capacidad,
se define un índice de confiabilidad. Este índice es la característica probabilística de todo el sis-
tema y cuán seguro es en términos de la tasa de fracaso.
El objetivo de este estudio es evaluar la seguridad vial según el ancho de la zona despejada y
talud-lateral, usando análisis para definir el índice de confiabilidad. Para evaluar el enfoque
propuesto, se recopilaron y analizaron los datos necesarios a partir de tres condados en Illinois,
incluyendo Lake, McHenry, y Will. Los resultados son útiles para investigadores, agencias de
transporte y diversas jurisdicciones para comprender mejor las condiciones viales visibles del
camino, en términos de la zona despejada y segura, y priorizar las ubicaciones y valores de ta-
ludes-laterales en función del índice de confiabilidad, para aplicar contramedidas de seguridad.

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REVISIÓN DE LA BIBLIOGRAFÍA
According to the Crash Modification Factor Clearinghouse website, changing clear zones from greater than or equal to 26.2
feet (8 meters) to less than or equal to 6.6 feet (2 meters), between 6.6 feet (2 meters) and 13.1 feet (4 meters), and between
13.1 feet (4 meters) and 26.2 feet (fatal and injury crashes by 119, 60, and 27 percent, respectively (FHWA 2010).
Según el Factor de Modificación de Choque, CMF Clearinghouse Web, el cambio del ancho de
las zonas despejadas desde ≥ 8 m hasta ≤ 2 m, entre 2 m y 4 m, y entre 4 m y 8 m resulta en
un aumento de siniestros mortales y lesiones por despiste de 119, 60, y 27 por ciento.
En un intento de reducir en sus caminos la gravedad de los choques por despistes, en 2006 el
Iowa DOT inició un programa que incluye la remoción/reubicación de los peligros en la zona
despejada (por ejemplo, árboles, postes telefónicos, buzones) y el blindaje o delineación de ob-
jetos, si la primera opción no es viable. Los resultados de evaluar la seguridad demostraron
que el número total de siniestros disminuyó en un 38 por ciento. En otro estudio, Zegeer y otros
revelaron que un 27 por ciento de reducción en los choques por despistes podría alcanzarse
mediante el aplanamiento de un talud-lateral desde 1V:2H a 1V:7H o más plano.
Hussein y otros (2013), presentaron un método para calibrar el diseño geométrico de modelos
basados en el análisis de confiabilidad y producir niveles de seguridad adecuados. Calibraron
los gráficos de diseño de la ordenada media en diversos niveles de probabilidad. La ordenada
media se define como la distancia horizontal entre el elemento restrictivo y la línea central del
carril interior. Los resultados demostraron que las guías actuales de diseño son conservadoras,
especialmente en curvas cerradas y altas velocidades. En fiabilidad razonable (niveles de ries-
go), una reducción considerable de los requisitos de diseño actual podría lograrse. El gobierno
coreano del Ministerio de tierra, Transporte y Asuntos Marítimos en un estudio conductor en
2011 evaluó el análisis de confiabilidad para la velocidad directriz. En este estudio, por la ayuda
de la velocidad directriz, se observaron la velocidad y sus variaciones; se desarrolló un modelo
de índice de confiabilidad para medir el riesgo de choque para segmentos de autovías corea-
nas. Los autores consideraron las velocidades como en el diseño de la capacidad en el índice
de confiabilidad y las velocidades observadas como la demanda en el índice de confiabilidad.
Para investigar más a fondo, los países desarrollados calculan índices de confiabilidad de 18
segmentos y luego comparan con el número real de siniestros en estas ubicaciones. Los resul-
tados revelaron que el margen de seguridad; al aumentar las diferencias entre capacidad y
demanda, las tasas de choques tienden a disminuir. En otro estudio de Wood y Donnell (2014),
los autores trataron de estimar la probabilidad de que un vehículo pueda llegar a una detención
completa antes de golpear contra un objeto en curva horizontal.
La LSF se define en función de las desviaciones de la línea visual horizontal mínima y la dis-
tancia visual de detención según las distribuciones de las características personales del con-
ductor. Los resultados demostraron que los desplazamientos en el interior de las curvas esta-
ban mejor usados cerca de los extremos de la curva.
Basado en una amplia revisión bibliográfica sobre el tema, puede observarse que aunque hay
un número considerable de estudios sobre diseño geométrico vial, ninguno se centró única-
mente en el índice de confiabilidad. Esta valiosa información podría dar a los departamentos
estatales de transporte (DOT) y agencias locales una pauta para comprender mejor las condi-
ciones del camino en sus jurisdicciones, y qué contramedidas podrían aplicarse para mitigar los
choques por despistes

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METODOLOGÍA Y RECOPILACIÓN DE DATOS
Para definir el índice de confiabilidad, es necesario establecer una adecuada LSF. Al hacerlo,
el "evento-fracaso" para la zona despejada se define como la distancia despejada que mide
menos que la distancia segura de capacidad, identificable con el HSM. Estudios previos de-
mostraron que aproximadamente el 80 por ciento de los vehículos errantes pueden recuperarse
en los 9 m desde el borde de calzada. Por lo tanto, calificada la distancia segura de capacidad,
(Dc) se supone que es la distancia de zona despejada mínima de seguridad que da el espacio
suficiente para vehículos la recuperación de vehículos errantes. En cuanto al talud-lateral,
1V:3H es el talud umbral sobre el cual la recuperación es menos probable en una sección de
en terraplén. El talud de capacidad segura (SC) se define como la pendiente de una sección no
recuperable. La función del estado límite (g) de la zona despejada puede definirse sobre la base
de lo observado la zona despejada y segura, y en la zona despejada de capacidad segura.
Según el análisis exhaustivo, que se explicará se más tarde, la zona despejada observada y el
talud-lateral observado siguen las distribuciones normales, mientras que la zona despejada de
capacidad segura y la zona despejada de talud-lateral seguro son valores fijos. Básicamente,
en cuanto a la dada distribución pf es dada, el método gráfico sería beneficioso (Ghasemi 2015).
Para calcular el índice de confiabilidad, enfoque gráfico de la probabilidad de fracaso se cons-
truyó sobre la base a los datos recopilados en el estudio de segmentos (Figura 1).
El margen de seguridad para la zona despejada y el talud-lateral se definen como la diferencia
entre el PDF de la demanda y la capacidad. El índice de fiabilidad puede definirse en términos
de la desviación estándar de la Pf según la distancia entre el valor medio de la distribución de
los Pf y el margen de seguridad (g = 0). Usando el método gráfico el índice de confiabilidad se
puede calcular:

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Si el índice de confiabilidad es mayor que 0, significa que la capacidad segura es mayor que la
demanda y la probabilidad de fracaso es inferior al 50 por ciento. El índice de fiabilidad inferior
a 0 indica que la demanda es mayor que la capacidad de seguridad y entonces la probabilidad
de fracaso será superior al 50 por ciento.
RESULTADOS Y ANÁLISIS
En este estudio, los datos requeridos se obtuvo de tres condados en Illinois y seleccionados
aleatoriamente, considerando más de 8.900 segmentos, con la longitud de cada segmento se
define como 300 pies. Para llevar a cabo el análisis de fiabilidad, es necesario especificar en
primer lugar los PDFs observado de zona despejada y observó talud-lateral por separado. Utili-
zando MATLAB® R2014una aplicación, el equipado de las distribuciones de la zona despejada
y talud-lateral fueron dibujados sobre la base de la raíz cuadrada media- error (RMSE). Los re-
sultados de la prueba de normalidad obtenidos confirma que el observado zona despejada y
observó talud-lateral siga distribuciones normales (Figuras 2 y 3).

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La tabla 1 presenta los resultados de las pruebas de normalidad para ambos zona despejada y
talud-lateral, considerando que el 95% de intervalo de confianza. Como puede verse en la Ta-
bla 1, los valores de p calculada en todas las pruebas son mayores que el nivel de significancia
(a), lo que significa que ambas características de camino tratar como distribuciones normales.
La tabla 2 enumera los parámetros estadísticos (es decir, media (µ) y la desviación estándar (a)
de la montada distribuciones. Además, la Ta-
bla 3 muestra los parámetros estadísticos del
margen de seguridad de las distribuciones de
ambas características a los costados del ca-
mino.

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Según los datos disponibles, los valores promedios de la equipada zona despejada y talud-
lateral observados son 23.841 y 0.219, respectivamente. El último se correspondía a 1V:5H ta-
lud-lateral. Además, el valor de la media de los márgenes de seguridad de zona despejada y
talud-lateral son -6.159 y 0.114, respectivamente. Utilizando las ecuaciones 4 y 5, los índices
de confiabilidad y de la probabilidad de errores para ambas características de camino se calcu-
lan como se muestra en la Tabla 4. Más el índice de confiabilidad, las caminos más seguras en
términos de diseño de camino.
Según el puntaje z característica de la distribución normal, la probabilidad de errores para am-
bas funciones (es decir, en el camino, zona despejada y talud-lateral) osciló entre el 13 y el 77
por ciento. La probabilidad de fracaso no precisamente se correlaciona con el siniestro de ocu-
rrencias. En otras palabras, la probabilidad de fracaso describe el fallido rendimiento de todo el
sistema sólo dado el fuerte y clara zona/talud-lateral observados. Muchos otros factores (por
ejemplo, el comportamiento de los conductores, las condiciones meteorológicas y las caracte-
rísticas viales) pueden tener influencia sobre la frecuencia y la gravedad de los siniestros y por
despiste estudió las características de camino sólo justificar parte de los factores contribuyen-
tes respecto de propulsión se bloquea.
ÍNDICES DE CONFIABILIDAD Y CHOQUES
Para verificar que los índices de confia-
bilidad pueden ser servidos como los
niveles de seguridad de los segmentos
de camino, cinco años de datos de si-
niestro por despiste (2004-2008) fueron
recogidos y utilizados. Dado que los ín-
dices de confiabilidad en este estudio se
calcularon sobre la base de variables
estadísticas no-choque (zona despejada
y talud-lateral), es esencial comparar
con los verdaderos datos de siniestro
para decidir si son razonables los indi-
cadores de la seguridad vial. Por lo tan-
to, las variaciones de los índices de con-
fiabilidad y márgenes de seguridad con-
tra las tasas de siniestro están dibujados
en las Figuras 4 y 5. Todos los segmen-
tos de estudio se dividen en cinco cate-
gorías diferentes (es decir, 0, 1, 2, 3 y
4), que muestran el número total de
choques ROR que ocurrieron durante
cinco años en cada segmento del camino.

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Según la Figura 4, se puede determinar
que al aumentar los márgenes de segu-
ridad, el índice de choques disminuye.
Por lo tanto, puede confirmarse la teoría
de que dar una amplia zona despejada y
aplanar el talud-lateral conducen a la
disminución de las tasas de choques. La
figura 5 demuestra la mayor fiabilidad,
menor índice de la tasa de choques. En
consecuencia, los índices de confiabili-
dad pueden indicador los niveles de se-
guridad de las condiciones del camino,
considerando el coeficiente de determi-
nación (R2) del modelo de regresión po-
linomial de zona despejada/talud-lateral
como 0.99/0.96.
CONCLUSIONES
El propósito de este estudio fue desarrollar índices de confiabilidad para elementos visibles del
camino (ancho de zona lateral despejada y empinamiento talud-lateral) usando el enfoque pro-
babilista. La lógica detrás de este esfuerzo fue dar al investigador y agencias de transporte
pautas para comprender mejor las condiciones del camino y aplicar en consecuencia contra-
medidas eficaces. Confiar simplemente en criterios de diseño deterministas no informa sobre
cualquier desviación de los estándares de diseño. Los resultados de este estudio mostraron
que los índices de confiabilidad para la zona despejada y talud-lateral son -0.77 y 1.11. Según
la probabilidad de falla, hay un 77 por ciento de probabilidad de fracaso (zona despejada inse-
gura) en segmentos seleccionados en términos de ancho de la zona despejada segura. Ade-
más, hay un 13% de probabilidad de fracaso (talud-lateral inseguro) en los mismos segmentos,
considerando solamente la condición talud-lateral. Los resultados de este estudio revelaron que
los índices de confiabilidad sirven como buenos indicadores de los niveles de seguridad de las
condiciones del camino. En otras palabras, el aumento del nivel de seguridad de las condicio-
nes de camino, seguido por el aumento de los índices de confiabilidad. El enfoque propuesto
podría ser adecuado para desarrollar el índice de confiabilidad para una ciudad o condado. Pa-
ra especificar un índice de confiabilidad adecuado es necesario averiguar el valor óptimo del
índice de confiabilidad que pueda reconocerse mediante el regateo entre el ancho de la zona
despejada segura y costo de la falla del talud-lateral; por ejemplo, costo de un choque.

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