O objetivo da tese foi adaptar, para as condições das rodovias brasileiras, as diretrizes da AASHTO para projetos de faixas adicionais de subida. Esta adaptação foi feita através de três aspectos: (i) geração de curvas de desempenho para caminhões típicos brasileiros; (ii) determinação da redução admissível de velocidade para caminhões; e (iii) estimativa do fluxo e da porcentagem de caminhões no tráfego que justifiquem economicamente a construção da faixa adicional. Quanto ao primeiro aspecto, constatou-se que as relações massa/potência encontradas para caminhões brasileiros (variam de 100 a 380 kg/kW) são significativamente maiores que a dos caminhões norte-americanos (120 kg/kW), o que inviabiliza o uso das curvas de desempenho que constam do livro verde da AASHTO. Nesta pesquisa, um modelo de locomoção de veículos foi calibrado e validado, logo após foram geradas curvas de desempenho para sete categorias de caminhões brasileiros. No segundo aspecto, as relações entre as diferenças de velocidade entre automóveis e caminhões, e índices de envolvimento de caminhões em acidentes foram obtidas. Para atingir esse objetivo, foram coletados dados sobre acidentes envolvendo caminhões, velocidade de veículos em aclives e volume diário médio. As relações foram comparadas com a utilizada nas diretrizes da AASHTO e as diferenças encontradas sugerem que a redução admissível na velocidade dos caminhões brasileiros deve ser de 20 km/h, em rodovias de pista simples, e de 35 km/h, em rodovias de pista dupla, se o índice de envolvimento de caminhões em acidentes for o que corresponde à redução máxima de velocidade admitida pela AASHTO (15 km/h). Em relação ao terceiro aspecto, foram analisadas relações benefício/custo para diversos cenários, visando estimar os fluxos de tráfego para os quais os custos fossem iguais aos benefícios. Os custos foram estimados a partir do investimento de capital necessário para a construção da ) faixa adicional, com base em projetos típicos do estado de São Paulo. Os benefícios estimados foram a redução do tempo de viagem e dos custos operacionais dos carros, ônibus e caminhões descarregados. Para a estimativa dos tempos de viagem, porcentagem do tempo trafegando em pelotões e porcentagem média de veículos em pelotões, foram feitas simulações, com e sem a faixa adicional, usando-se o modelo TRARR. Nessas simulações, os fluxos variaram entre 50 a 700 veíc/h e as porcentagens de caminhões de 10% a 40%. Os resultados indicam que os fluxos mínimos no aclive, que justifiquem economicamente a construção da faixa adicional, dependem da porcentagem de caminhões e da magnitude do aclive, variando de 340 veíc/h (10% de caminhões; aclives de até 3%) a 185 veíc/h (30% de caminhões; aclives de mais de 3%). / The objective of the research reported in this PhD dissertation was to adapt the AASHTO guidelines for design of climbing lanes to the Brazilian highways characteristics. This adaptation was carried out with regard to three aspects: (i) development of performance curves for typical Brazilian trucks; (ii) determination of the maximum speed reduction of slow trucks on upgrades; and (iii) estimation of minimum upgrade traffic flow rates and truck percents that would warrant the construction of climbing lanes on two-lane highways, from cost-effectiveness approach. Regarding the first aspect, it was verified that mass/power ratios for Brazilian trucks vary between 100 and 380 kg/kW and significantly differ from the ratio taken by AASHTO as representative of the average North-American truck (120 kg/kW); therefore, the truck performance curves from the AASHTO green book should not be used to design climbing lanes in Brazil. The green book\'s performance curves can be replaced by a family of performance curves for Brazilian trucks generated by a truck locomotion model, which was calibrated and validated in this research. With regard to the second aspect analyzed, the relationship between speed difference and truck accident involvement rates was studied. Data about truck accidents, speeds and annual average daily traffic were collected. These functions were compared to the one presented in the green book and the differences found suggest that, for the same truck accident involvement rate used to establish the maximum truck speed reduction adopted in the AASHTO policy (15 km/h), the admissible truck speed reduction on Brazilian roads would be 20 km/h on two-lane highways and 35 km/h on divided highways. With regard to the third aspect, benefit/cost ratios for several scenarios were analyzed in order to estimate upgrade traffic flow rates that would warrant the provision of climbing lanes. (continue) (continuation) The costs were estimated on the basis of the capital costs for the construction of the climbing lane, based on costs of climbing lanes built in the state of São Paulo. The benefits were estimated from the reduction of travel time and vehicle operating costs provided by the construction of a climbing lane. Travel times, percent time spent following, and average fraction of vehicles travelling in platoons with and without the climbing lane were estimated by means of traffic flow simulations carried out with TRARR. The simulations were run using traffic flows ranging from 50 to 700 veh/h, with truck percents varying from 10% to 40%. The results indicated upgrade traffic flow rates that warrants climbing lanes varying with truck percents and grades magnitude and range from 340 veh/h (grades of up to 3%, 10% trucks in flow) to 185 veh/h (grades of more than 3%, with 30% trucks).

O objetivo da tese foi adaptar, para as condições das rodovias brasileiras, as diretrizes da AASHTO para projetos de faixas adicionais de subida. Esta adaptação foi feita através de três aspectos: (i) geração de curvas de desempenho para caminhões típicos brasileiros; (ii) determinação da redução admissível de velocidade para caminhões; e (iii) estimativa do fluxo e da porcentagem de caminhões no tráfego que justifiquem economicamente a construção da faixa adicional. Quanto ao primeiro aspecto, constatou-se que as relações massa/potência encontradas para caminhões brasileiros (variam de 100 a 380 kg/kW) são significativamente maiores que a dos caminhões norte-americanos (120 kg/kW), o que inviabiliza o uso das curvas de desempenho que constam do livro verde da AASHTO. Nesta pesquisa, um modelo de locomoção de veículos foi calibrado e validado, logo após foram geradas curvas de desempenho para sete categorias de caminhões brasileiros. No segundo aspecto, as relações entre as diferenças de velocidade entre automóveis e caminhões, e índices de envolvimento de caminhões em acidentes foram obtidas. Para atingir esse objetivo, foram coletados dados sobre acidentes envolvendo caminhões, velocidade de veículos em aclives e volume diário médio. As relações foram comparadas com a utilizada nas diretrizes da AASHTO e as diferenças encontradas sugerem que a redução admissível na velocidade dos caminhões brasileiros deve ser de 20 km/h, em rodovias de pista simples, e de 35 km/h, em rodovias de pista dupla, se o índice de envolvimento de caminhões em acidentes for o que corresponde à redução máxima de velocidade admitida pela AASHTO (15 km/h). Em relação ao terceiro aspecto, foram analisadas relações benefício/custo para diversos cenários, visando estimar os fluxos de tráfego para os quais os custos fossem iguais aos benefícios. Os custos foram estimados a partir do investimento de capital necessário para a construção da ) faixa adicional, com base em projetos típicos do estado de São Paulo. Os benefícios estimados foram a redução do tempo de viagem e dos custos operacionais dos carros, ônibus e caminhões descarregados. Para a estimativa dos tempos de viagem, porcentagem do tempo trafegando em pelotões e porcentagem média de veículos em pelotões, foram feitas simulações, com e sem a faixa adicional, usando-se o modelo TRARR. Nessas simulações, os fluxos variaram entre 50 a 700 veíc/h e as porcentagens de caminhões de 10% a 40%. Os resultados indicam que os fluxos mínimos no aclive, que justifiquem economicamente a construção da faixa adicional, dependem da porcentagem de caminhões e da magnitude do aclive, variando de 340 veíc/h (10% de caminhões; aclives de até 3%) a 185 veíc/h (30% de caminhões; aclives de mais de 3%). / The objective of the research reported in this PhD dissertation was to adapt the AASHTO guidelines for design of climbing lanes to the Brazilian highways characteristics. This adaptation was carried out with regard to three aspects: (i) development of performance curves for typical Brazilian trucks; (ii) determination of the maximum speed reduction of slow trucks on upgrades; and (iii) estimation of minimum upgrade traffic flow rates and truck percents that would warrant the construction of climbing lanes on two-lane highways, from cost-effectiveness approach. Regarding the first aspect, it was verified that mass/power ratios for Brazilian trucks vary between 100 and 380 kg/kW and significantly differ from the ratio taken by AASHTO as representative of the average North-American truck (120 kg/kW); therefore, the truck performance curves from the AASHTO green book should not be used to design climbing lanes in Brazil. The green book\'s performance curves can be replaced by a family of performance curves for Brazilian trucks generated by a truck locomotion model, which was calibrated and validated in this research. With regard to the second aspect analyzed, the relationship between speed difference and truck accident involvement rates was studied. Data about truck accidents, speeds and annual average daily traffic were collected. These functions were compared to the one presented in the green book and the differences found suggest that, for the same truck accident involvement rate used to establish the maximum truck speed reduction adopted in the AASHTO policy (15 km/h), the admissible truck speed reduction on Brazilian roads would be 20 km/h on two-lane highways and 35 km/h on divided highways. With regard to the third aspect, benefit/cost ratios for several scenarios were analyzed in order to estimate upgrade traffic flow rates that would warrant the provision of climbing lanes. (continue) (continuation) The costs were estimated on the basis of the capital costs for the construction of the climbing lane, based on costs of climbing lanes built in the state of São Paulo. The benefits were estimated from the reduction of travel time and vehicle operating costs provided by the construction of a climbing lane. Travel times, percent time spent following, and average fraction of vehicles travelling in platoons with and without the climbing lane were estimated by means of traffic flow simulations carried out with TRARR. The simulations were run using traffic flows ranging from 50 to 700 veh/h, with truck percents varying from 10% to 40%. The results indicated upgrade traffic flow rates that warrants climbing lanes varying with truck percents and grades magnitude and range from 340 veh/h (grades of up to 3%, 10% trucks in flow) to 185 veh/h (grades of more than 3%, with 30% trucks).

[EN] The quality of traffic on two-lane roads is closely linked to the possibility of making the overtaking maneuver that is especially critical in addition to the level of risk posed to do it. Options to facilitate overtaking are providing a path with geometric conditions for overtaking can be performed on the road with enough opportunities or provide a cross section that facilitates this advancement by auxiliary lanes. In this research, the second option with passing and climbing lanes was discussed. To characterize the passing maneuver on steep grades an experimental study that allowed access to data and important information for calibrating TWOPAS, a microscopic traffic simulation model of two-lane roads, which is main element of the Traffic Analysis Module (TAM) that integrates the Interactive Highway Safety Design Model (IHSDM) was developed. TWOPAS was validated in other two-lane road with very different characteristics to the road considered during calibration thereby evaluating the usefulness of this simulation model was completed. Considering a target of this research the TWOPAS was applied in the analysis of auxiliary lanes in a multitude of scenarios, around 98,000, where traffic volumes, longitudinal gradients, initiation and length of the auxiliary lane and percentage of trucks were varied; the influence of random variation of traffic generated wealth of information for the scope of this paper and considered for further analysis. A computational tool, the PEMAT, which allows automatic execution of TWOPAS (TAM), capturing the results of each simulation and generating outputs in terms of operational indicators was created. Among the results of the analysis of auxiliary lanes are factors to consider the effect of passing and climbing lanes in the Percentage Time Spent Following (PTSF) and the Average Travel Speed (ATS) to adapt the procedure of Highway Capacity Manual (HCM) in 2010 and to estimate the level of service on two-lane road sections with individual auxiliary lanes. The manuals for the calculation of the capacity and level of service on conventional roads does not cover the diversity of geometric and traffic conditions so that a procedure for analyzing the transit operation in any conventional road was proposed to facilitate overtaking by consideration of a number of auxiliary lanes in both directions of traffic simulation model with TWOPAS; thus overtaking can be solved for any configuration of road and transit improvements in methods in manuals or technical guidance. / [ES] La calidad de la circulación en carreteras convencionales está estrechamente vinculada con la posibilidad de realizar la maniobra de adelantamiento que es especialmente crítica además por el nivel de riesgo que supone realizarla. Las opciones para facilitar el adelantamiento son proveer en el trazado las condiciones geométricas para que el adelantamiento se pueda realizar a lo largo de la vía con suficientes oportunidades pero cuando esta se dificulta se dispone de la alternativa de proveer una sección transversal que facilite este adelantamiento mediante los carriles auxiliares. En este trabajo de investigación se abordó esta segunda opción con los carriles de adelantamiento y de ascenso. Para caracterizar la maniobra de adelantamiento en pendientes ascendentes se hizo un estudio experimental que permitió disponer de datos y extraer información importante para la calibración de un modelo de simulación microscópica del tránsito en carreteras convencionales denominado TWOPAS, el cual es elemento principal del Traffic Analysis Module (TAM) que integra el Interactive Highway Safety Design Model (IHSDM). TWOPAS fue validado en otra carretera convencional de características bien diferentes a la considerada en la calibración que completó la evaluación de la utilidad de este modelo de simulación. Orientado hacia el objetivo de este trabajo de investigación se aplicó el TWOPAS en el análisis de carriles auxiliares en una multiplicidad de escenarios, alrededor de 98.000, en los cuales se variaron los volúmenes de tránsito, pendientes longitudinales, inicio y longitud del carril auxiliar, porcentaje de camiones y considerando la influencia de la variación aleatoria del tránsito que generó gran cantidad de información para el alcance de este trabajo y para nuevos análisis. Se creó una herramienta computacional, el PEMAT, que permite la ejecución automática del TWOPAS (TAM), la captura de los resultados de cada simulación y la generación de las salidas en términos de indicadores operacionales. Entre los resultados obtenidos del análisis de carriles auxiliares están factores para considerar el efecto de carriles de adelantamiento y ascenso en el Porcentaje de Tiempo Consumido en el Seguimiento (PTSF) y la Velocidad Media de Recorrido (ATS) para adaptar el procedimiento del Highway Capacity Manual (HCM) de 2010 para estimar el nivel de servicio en tramos de carretera convencional con carriles auxiliares individuales. Los manuales para el cálculo de la capacidad y el nivel de servicio en carreteras convencionales no cubre la diversidad de condiciones geométricas y de tránsito por lo que se propuso un procedimiento para adelantar el análisis de la operación del tránsito en cualquier carretera convencional para facilitar el adelantamiento mediante la consideración de una serie de carriles auxiliares en los dos sentidos de circulación de dicha vía sustentado en la aplicación de la simulación con el modelo TWOPAS de manera que puede atenderse la necesidad de demanda de adelantamiento para cualquier configuración de carretera y condición de tránsito mejorando los métodos contemplados en los manuales o guía técnicas. / [CA] La qualitat de la circulació en carreteres convencionals està estretament vinculada amb la possibilitat de realitzar la maniobra d'avançament que és especialment crítica a més per el nivell de risc que suposa el realitzar-la. Les opcions per facilitat l'avançament son proveir en el traçat les condicions geomètriques per a que l'avançament es puga realitzar al llarg de la via amb suficients oportunitats però quan aquesta es dificulta es disposa de l'alternativa de proveir una secció transversal per facilitar aquest avançament mitjançant els carrils auxiliars. En aquest treball d'investigació es va abordar aquesta segona opció amb els carrils d'avançament i d'ascens. Per caracteritzar la maniobra d'avançament en pendent ascendent es va fer un estudi experimental que va possibilitar disposar de dades i extraure informació important per a la calibració d'un model de simulació microscòpica del trànsit en carreteres convencionals denominat TWOPAS, el qual es element principal del Traffic Analysis Module (TAM) que integra l'Interactive Highway Safety Design Model (IHSDM). TWOPAS va ser validat en un altra carretera convencional de característiques ben diferents a la considerada en la calibració que va completar la avaluació de la utilitat de aquest model de simulació. Orientat a l'objectiu d'aquest treball d'investigació es va aplicar el TWOPAS en l'anàlisi de carrils auxiliars en una multiplicitat d'escenaris, voltant els 98.000, en els quals es variaren els volums de trànsit, pendents longitudinals, inici i longitud del carril auxiliar, percentatge de camions i tenint en compte la influència de la variació aleatòria del trànsit que va generar gran quantitat d'informació per al alcans d'aquest treball i per a nous anàlisis. Es va crear una ferramenta computacional, el PEMAT, que permet la execució automàtica del TWOPAS (TAM), la captura dels resultats de cada simulació i la generació de les eixides en terminis d'indicadors operacionals. Entre els resultats obtinguts de l'anàlisi de carrils auxiliars estan factors per considerar l'efecte de carrils d'avançament i ascens en el Percentatge de Temps Consumit en el Seguiment (PTSF) i la Velocitat Mitjana de Recorregut (ATS) per a adaptar el procediment del Highway Capacity Manual (HCM) de 2010 per a estimar el nivell de servici en trams de carretera convencional amb carrils auxiliars individuals. Els manuals per al càlcul de la capacitat i el nivell de servici en carreteres convencionals no cobreixen la diversitat de condicions geomètriques i de trànsit per el que es va proposar un procediment per avançar l'anàlisi de la operació del trànsit en qualsevol carretera convencional per a facilitat l'avançament mitjançant la consideració d'una sèrie de carrils auxiliars en els dos sentits de circulació d'eixa via sustentat en l'aplicació de la simulació amb el model TWOPAS de manera que es puga atendre la necessitat de demanda d'avançaments per a qualsevol configuració de carretera i condició de trànsit millorant els mètodes contemplats en els manuals o guies tècniques. / Valencia Alaix, VG. (2016). ELABORACIÓN DE PROCEDIMIENTOS PARA FACILITAR EL ADELANTAMIENTO EN CARRETERAS CONVENCIONALES APLICANDO SIMULACIÓN [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62413