Consistencia del diseño geométrico y emisiones de CO2

En una entrada anterior vimos el impacto del diseño geométrico de carreteras en el consumo de combustible de los vehículos y en las emisiones de CO2, de manera que cuanto más sinuoso es un tramo de carretera mayores son las tasas de emisiones, principalmente debido a que esta tipología de vías implica mayores y más bruscas variaciones de la velocidad.

Asimismo, la pasada semana se presentó el concepto de consistencia del diseño geométrico de carreteras, que se puede definir como el grado en que el trazado de la carretera responde a las expectativas de los conductores. De este modo, un trazado consistente es aquel que lleva a una conducción harmoniosa libre de eventos que puedan sorprender a los conductores. Centrándonos en los modelos globales de consistencia, cuanto mayores son las variaciones de la velocidad a lo largo de un tramo de carretera, menos consistente es y, por consiguiente, mayor es la tasa de siniestralidad.

Fruto de estas investigaciones, en el Grupo de Investigación en Ingeniería de Carreteras de la UPV nos planteamos estudiar la relación entre la consistencia del diseño geométrico y las emisiones. En este sentido, si grandes variaciones de la velocidad conducen a mayores emisiones de CO2 y trazados más inconsistentes, entonces quisimos verificar la hipótesis de que cuanto más consistente es un tramo de carretera, menor es el consumo de combustible y, por tanto, menores son las emisiones.

Figura 1. Stop accidentes y emisiones de CO2.

Para ello, se observaron los perfiles de velocidad de operación en un total de 47 tramos de carretera homogéneos ubicados en la Comunidad Valenciana (España) a partir de dispositivos GPS de 1 Hz. Concretamente, en cada tramo de carretera se recogió la velocidad de entre 80 a 100 vehículos. Tras el filtrado de estos datos se obtuvo el perfil de velocidad de operación y el perfil de velocidad de operación inercial para cada tramo de estudio (Figura 2). En este sentido, es necesario recordar que la velocidad de operación es calculada, en cada punto del trazado, como el percentil 85 de la distribución de velocidades, mientras que la velocidad de operación inercial se calcula como la media ponderada de las velocidades de operación desarrolladas en los últimos 15 segundos.

Figura 2. Perfiles de velocidad.

Partiendo de estos perfiles se estimó, por un lado, las emisiones de CO2 mediante el modelo de microsimulación VT-Micro propuesto por Rakha et al. (2004) y, por otro lado, la consistencia del diseño geométrico considerando los modelos de consistencia global desarrollados por Polus y Mattar-Habib (2004), Garach et al. (2014), Camaho-Torregrosa (2015) y Llopis-Castelló et al. (2018). Concretamente, los dos primeros modelos de consistencia dependen de la velocidad media y la variación de velocidades a lo largo del tramo de carretera, el modelo de Camacho-Torregrosa (2015) se basa en la velocidad media y la tasa de deceleración media que se producen a lo largo del tramo y el modelo de Llopis-Castelló et al. (2018), presentado en la entrada de la pasada semana, se centra en el análisis de la diferencia entre el perfil de velocidad de operación inercial y el perfil de velocidad de operación. Todos estos modelos establecen un índice para determinar la consistencia de un tramo de carretera y, además, definen diferentes umbrales que permiten establecer tres niveles de consistencia: buena, aceptable y pobre (ver tabla adjunta).

Modelo

Nivel de consistencia

Bueno Aceptable Pobre
Polus and Mattar-Habib (2004) CP > 2 1 < CP ≤ 2 CP ≤ 1
Garach et al. (2014) CG > 2 1 < CG ≤ 2 CG ≤ 1
Camacho-Torregrosa (2015) CC ≥ 3.25 2.55 ≤ CC < 3.25 CC < 2.55
Llopis-Castelló et al. (2018b) CL ≤ 2.75 2.75 < CL ≤ 4.5 CL > 4.5

Al analizar la relación entre las emisiones de CO2 y el nivel de consistencia de cada tramo de carretera se verificó la hipótesis de partida, es decir, cuanto más consistente era un tramo de carretera, menor era la tasa de emisiones de CO2 (Figura 3).

Figura 3. Emisiones de CO2 y consistencia del diseño geométrico.

Adicionalmente, se calculó la media de las tasas de emisiones de CO2 para cada uno de los niveles de consistencia (bueno, aceptable y pobre). Como conclusión, un tramo con un nivel de consistencia pobre implica un incremento medio de emisiones de CO2 de un 9% con respecto a un tramo con consistencia aceptable y, a su vez, un incremento medio de un 18% en relación a un tramo de carretera con un nivel bueno de consistencia (Figura 4).

Figura 4. Emisiones medias de CO2 y niveles de consistencia.

Por tanto, el diseño de carreteras consistentes no solo nos conduce a carreteras más seguras donde se producirán un menor número de accidentes con víctimas, sino que también implica el diseño de carreteras más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente.

«El diseño consistente de carreteras conduce a carreteras más seguras y más respetuosas con el medio ambiente»

Artículo científico que recoge los resultados que aquí se han mostrado:

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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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