A distância de visibilidade de parada deve ser garantida ao longo de toda a extensão de uma rodovia por questões de segurança. Elementos da seção transversal podem se tornar obstruções que interferem nas distâncias de visibilidade do projeto. Este é o caso do uso de barreiras ao invés de canteiros centrais em rodovias bidirecionais, especialmente ao longo de curvas à esquerda. Desta forma, este trabalho analisa o posicionamento de barreiras em cenários hipotéticos aclives planos e declives com uso de simulações gráficas tridimensionais. O afastamento lateral da barreira, em relação à pista de rolamento, foi definido em função de cada velocidade de projeto e de cada raio de curva horizontal analisados. Os diagramas gerados foram comparados com modelo de afastamento de objetos fixos em curvas horizontais, presente como recomendações em manuais nacionais. As diferenças encontradas indicam a viabilidade da metodologia utilizada, em que o projeto foi considerado como um todo, o qual se desenvolve tridimensionalmente. / Stopping Sight Distance must be guaranteed throughout of a highway for safety reasons. However, cross section elements can become obstructions which interfere on design sight distances. This occurs when barriers are used instead of medians on bidirectional highways, especially along left curves. Therefore, this paper analyzes the barriers placement on hypothetical scenarios upgrades, plans and downgrades using three-dimensional graphics simulations. The lateral offset of the barrier in relation to the roadway was defined according to each design speed and each radius of the horizontal curve analysis. For each scenario were generated diagrams, which use compared with offset model of fixed objects on horizontal curves presents as recommendation in national manuals. The differences indicate the viability of the methodology used, where the project was considered as a whole, which develops three-dimensionally.

A distância de visibilidade de parada deve ser garantida ao longo de toda a extensão de uma rodovia por questões de segurança. Elementos da seção transversal podem se tornar obstruções que interferem nas distâncias de visibilidade do projeto. Este é o caso do uso de barreiras ao invés de canteiros centrais em rodovias bidirecionais, especialmente ao longo de curvas à esquerda. Desta forma, este trabalho analisa o posicionamento de barreiras em cenários hipotéticos aclives planos e declives com uso de simulações gráficas tridimensionais. O afastamento lateral da barreira, em relação à pista de rolamento, foi definido em função de cada velocidade de projeto e de cada raio de curva horizontal analisados. Os diagramas gerados foram comparados com modelo de afastamento de objetos fixos em curvas horizontais, presente como recomendações em manuais nacionais. As diferenças encontradas indicam a viabilidade da metodologia utilizada, em que o projeto foi considerado como um todo, o qual se desenvolve tridimensionalmente. / Stopping Sight Distance must be guaranteed throughout of a highway for safety reasons. However, cross section elements can become obstructions which interfere on design sight distances. This occurs when barriers are used instead of medians on bidirectional highways, especially along left curves. Therefore, this paper analyzes the barriers placement on hypothetical scenarios upgrades, plans and downgrades using three-dimensional graphics simulations. The lateral offset of the barrier in relation to the roadway was defined according to each design speed and each radius of the horizontal curve analysis. For each scenario were generated diagrams, which use compared with offset model of fixed objects on horizontal curves presents as recommendation in national manuals. The differences indicate the viability of the methodology used, where the project was considered as a whole, which develops three-dimensionally.

A dissertação tem como objetivo verificar e analisar a influência das características geométricas de trechos de rodovia no custo total dos usuários, em termos de custo de operação dos veículos e custo do tempo de viagem, com a utilização do programa computacional HDM-4 (Highway Development and Management). Para esta análise, foi realizado um estudo de caso para o qual foram criados sete trechos representativos das classes de geometria consideradas pelo HDM-4 e dezenove trechos com características geométricas que permitissem uma análise de sensibilidade dos parâmetros relacionados às curvaturas vertical e horizontal das vias. Foram selecionados, ainda, quatro trechos da rodovia Washington Luiz (SP-310), representativos de rodovias com distintas características geométricas. A simulação foi realizada fixando-se um cenário de fatores que compõem o modelo HDM-4: tipo de fluxo de tráfego, classe da rodovia, composição e volume de tráfego, tipo e condição do pavimento, dentre outros. O estudo de caso permitiu a quantificação dos efeitos da geometria sobre todas as parcelas que compõem os custos dos usuários. Foram calculados os custos de terraplenagem e pavimentação para diferentes curvaturas verticais com a finalidade de comparação dos custos de melhorias no projeto de rodovias existentes com os benefícios decorrentes dessas intervenções. Os resultados obtidos mostraram que a geometria pode ter grande influência nos custos totais dos usuários e, portanto, seus efeitos devem ser considerados em projetos de construção e de manutenção de rodovias, possibilitando maiores benefícios à sociedade. / The main goal of the master dissertation is to verify and to analyze the influence of geometric characteristics of road sections on highway users’ costs, in terms of vehicle operation costs and costs associated to travel time, using the software HDM-4 (Highway Development and Management). The study was initiated with the creation of seven sections representing the HDM-4 highway geometric classes, and nineteen sections with geometric characteristics defined to allow a sensitivity analysis of parameters associated to vertical and horizontal alignments. Four sections were selected from Washington Luiz highway (SP-310), representing highways with distinct geometric characteristics. The computer simulations were performed considering a scenario that includes: traffic flow pattern, road class, average daily traffic and traffic composition, pavement type and condition, among others. The study calculated the effects of highway geometry on each component of users’ costs. The costs of earth work and paving were calculated aiming at the comparison between costs of geometric improvements and benefits associated to that. The results showed that highway geometry may have a great influence on users’ costs and, therefore, its effects must be considered in highway construction and maintenance projects assuring more benefits to society.

A dissertação tem como objetivo verificar e analisar a influência das características geométricas de trechos de rodovia no custo total dos usuários, em termos de custo de operação dos veículos e custo do tempo de viagem, com a utilização do programa computacional HDM-4 (Highway Development and Management). Para esta análise, foi realizado um estudo de caso para o qual foram criados sete trechos representativos das classes de geometria consideradas pelo HDM-4 e dezenove trechos com características geométricas que permitissem uma análise de sensibilidade dos parâmetros relacionados às curvaturas vertical e horizontal das vias. Foram selecionados, ainda, quatro trechos da rodovia Washington Luiz (SP-310), representativos de rodovias com distintas características geométricas. A simulação foi realizada fixando-se um cenário de fatores que compõem o modelo HDM-4: tipo de fluxo de tráfego, classe da rodovia, composição e volume de tráfego, tipo e condição do pavimento, dentre outros. O estudo de caso permitiu a quantificação dos efeitos da geometria sobre todas as parcelas que compõem os custos dos usuários. Foram calculados os custos de terraplenagem e pavimentação para diferentes curvaturas verticais com a finalidade de comparação dos custos de melhorias no projeto de rodovias existentes com os benefícios decorrentes dessas intervenções. Os resultados obtidos mostraram que a geometria pode ter grande influência nos custos totais dos usuários e, portanto, seus efeitos devem ser considerados em projetos de construção e de manutenção de rodovias, possibilitando maiores benefícios à sociedade. / The main goal of the master dissertation is to verify and to analyze the influence of geometric characteristics of road sections on highway users’ costs, in terms of vehicle operation costs and costs associated to travel time, using the software HDM-4 (Highway Development and Management). The study was initiated with the creation of seven sections representing the HDM-4 highway geometric classes, and nineteen sections with geometric characteristics defined to allow a sensitivity analysis of parameters associated to vertical and horizontal alignments. Four sections were selected from Washington Luiz highway (SP-310), representing highways with distinct geometric characteristics. The computer simulations were performed considering a scenario that includes: traffic flow pattern, road class, average daily traffic and traffic composition, pavement type and condition, among others. The study calculated the effects of highway geometry on each component of users’ costs. The costs of earth work and paving were calculated aiming at the comparison between costs of geometric improvements and benefits associated to that. The results showed that highway geometry may have a great influence on users’ costs and, therefore, its effects must be considered in highway construction and maintenance projects assuring more benefits to society.

The objective of this research is to evaluate and introduce a new methodology regarding rural highway safety. Current practices rely on crash prediction models that utilize specific explanatory variables, whereas the depository of knowledge for past research is the Highway Safety Manual (HSM). Most of the prediction models in the HSM identify the effect of individual geometric elements on crash occurrence and consider their combination in a multiplicative manner, where each effect is multiplied with others to determine their combined influence. The concepts of 3-dimesnional (3-D) representation of the roadway surface have also been explored in the past aiming to model the highway structure and optimize the roadway alignment. The use of differential geometry on utilizing the 3-D roadway surface in order to understand how new metrics can be used to identify and express roadway geometric elements has been recently utilized and indicated that this may be a new approach in representing the combined effects of all geometry features into single variables. This research will further explore this potential and examine the possibility to utilize 3-D differential geometry in representing the roadway surface and utilize its associated metrics to consider the combined effect of roadway features on crashes. It is anticipated that a series of single metrics could be used that would combine horizontal and vertical alignment features and eventually predict roadway crashes in a more robust manner. It should be also noted that that the main purpose of this research is not to simply suggest predictive crash models, but to prove in a statistically concrete manner that 3-D metrics of differential geometry, e.g. Gaussian Curvature and Mean Curvature can assist in analyzing highway design and safety. Therefore, the value of this research is oriented towards the proof of concept of the link between 3-D geometry in highway design and safety. This thesis presents the steps and rationale of the procedure that is followed in order to complete the proposed research. Finally, the results of the suggested methodology are compared with the ones that would be derived from the, state-of-the-art, Interactive Highway Safety Design Model (IHSDM), which is essentially the software that is currently used and based on the findings of the HSM.