Influencia del diseño geométrico de carreteras en las emisiones de CO2 de los vehículos

En 2017, el sector transportes generó más de un cuarto del total de emisiones de gases de efecto invernadero de la Unión Europea (European Environment Agency, 2019). Del total de emisiones del sector, la carretera fue responsable de aproximadamente un 70% y, a su vez, los vehículos que circularon por carreteras interurbanas produjeron en torno al 50% de las emisiones de CO2 (Figura 1).

Figura 1. Emisiones procedentes del sector transporte.

Figura 1. Emisiones procedentes del sector transporte.

A pesar de que la Unión Europea ha puesto en marcha diferentes políticas con el fin de mitigar las emisiones ligadas al sector transporte, ninguna de ellas incluye medidas que se centren en reducir las emisiones a través del diseño geométrico de la carretera que, como sabemos, influye significativamente en la operación de los conductores, es decir, determina en gran medida las velocidades, aceleraciones y deceleraciones que los usuarios de la carretera experimentan.

«El diseño geométrico de la carretera condiciona significativamente la operación de sus usuarios y, sin embargo, no se incluye en las políticas para mitigar las emisiones»

Por ello, hace unos años desde el Grupo de Investigación en Ingeniería de Carreteras estudiamos el impacto del diseño geométrico de carreteras, concretamente del trazado en planta, en las emisiones de CO2 de los vehículos. Esta investigación se realizó a través de la observación naturalística de los perfiles continuos de velocidad desarrollados por los conductores que circulaban en 29 segmentos de carretera homogéneos localizados en la Comunidad Valenciana. En este sentido, se entiende por homogéneo aquellos tramos de carretera que poseen una intensidad de tráfico constante, no presentan intersecciones importantes y tienen un comportamiento geométrico en planta similar.

Partiendo de los perfiles de velocidad individuales observados se estimaron las emisiones de CO2 (kg de CO2) correspondientes a cada vehículo a través del modelo VT-Micro desarrollado por Rakha et al. (2004). Posteriormente, se calculó, para cada segmento homogéneo, la tasa de emisiones de CO2 (kg de CO2/km) como el promedio de las emisiones de CO2 de todos los vehículos que habían circulado por el segmento de carretera dividido por su longitud. Finalmente, se analizó la relación entre la tasa de CO2 y distintas variables geométricas que caracterizan el trazado en planta de la carretera (Figura 2).

Figura 2. Metodología.

Las variables geométricas más importantes que se analizaron fueron: (i) el radio medio del segmento de carretera; (ii) la tasa entre el radio máximo y el radio mínimo; y (iii) la tasa de cambio de curvatura (Curvature Change Rate, CCR). Esta última variable, CCR, es calculada como el cociente entre el sumatorio del ángulo girado en valor absoluto y la longitud del segmento de carretera. De esta manera, un valor alto de CCR significa que el tramo es muy sinuoso y está caracterizado por curvas más cerradas y rectas cortas, mientras que un CCR bajo está ligado a un trazado más rectilíneo.

De todas estas variables, la que presentó una mayor relación con la tasa de emisiones de CO2 fue la tasa de cambio de curvatura (CCR). Concretamente, se identificó que cuanto mayor era esta variable geométrica, mayores eran las tasas de emisiones de CO2 (Figura 3). En este sentido, los trazados más sinuosos tienden a que los conductores desarrollen velocidades bajas y experimenten altas variaciones de la velocidad (deceleraciones y aceleraciones), lo que se traduce en altas tasas de emisiones de CO2.

Figura 3. Tasa de cambio de curvatura (CCR) Vs. Tasa de emisiones de CO2.

Por el contrario, los tramos menos sinuosos (bajos valores de CCR), que favorecen que los conductores desarrollen velocidades elevadas y experimenten bajas tasas de aceleración y deceleración, son más respetuosos con el medioambiente ya que están ligados a bajas tasas de emisiones de CO2.

«Cuanto más sinuoso es un tramo de carretera, mayor es el consumo de combustible y las emisiones de CO2 de los vehículos»

Debido a que el consumo de combustible es proporcional a las emisiones de CO2 de los vehículos, podemos decir que cuanto menos sinuosa sea una carretera, menor será el consumo de combustible de los vehículos.

Si estás interesado en profundizar en los aspectos presentados en esta entrada, te invito a que leas el siguiente artículo publicado:

Llopis-Castelló, D., Pérez-Zuriaga, A. M., Camacho-Torregrosa, F. J., & García, A. (2018). Impact of horizontal geometric design of two-lane rural roads on vehicle CO2 emissions. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 59, 46-57.


Los resultados que aquí se muestran forman parte del proyecto de investigación «CASEFU – Estudio Experimental de la Funcionalidad y Seguridad de las Carreteras Convencionales» financiado por la Agencia Estatal de Investigación – Ministerio de Ciencia e Innovación & Ministerio de Universidades.


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