SGEV: Metodologia de càlcul de trams de concentració de lliscaments a la xarxa de carreteres gestionades per la Generalitat de Catalunya

La Direcció General d'Infraestructures de Mobilitat (DGIM) utilitza el concepte de “Trams de Concentració d'Esllavissades” (TCE), per referir-se als trams de concentració de lliscaments que han afectat la seva xarxa viària. Aquesta idea està associada a l'existència de seccions de carretera on el risc que es produeixin incidències per lliscament de talussos és més gran que en altres de característiques semblants. És un concepte lligat estretament a la política de gestió i manteniment de la xarxa i la seguretat viària.

Experiències prèvies

L’anàlisi de les experiències prèvies es va fer amb INES Enginyers Consultors que van ser els adjudicataris del contracte “Desenvolupament de la metodologia de càlcul dels trams de concentració de lliscaments a la xarxa de carreteres de la Generalitat de Catalunya”, al maig del 2021.

Les metodologies considerades són les tres següents:

1. Metodologia de la finestra flotant per a la identificació de TCAF-IAAF

Els trams de concentració d'accidents frontals (TCAF) i el itineraris d’acumulació d’accidents frontals (AAF) de la xarxa de carreteres de la Generalitat de Catalunya són els dos conjunts de dades que dirigeixen aquesta metodologia que analitza la freqüència d’accidents frontals o frantolaterals a una mostra o tram de longitud variable.

Les dades de partida són els accidents amb resultat de víctimes mortals, greus o lleus registrats en el període entre 2012 i 2016 (els estudis d'accidents solen ser de 5 anys). Sobre cada carretera s'identifiquen el nombre d'accidents a una “finestra” o mostra flotant que s'estableix entre interseccions de carreteres, considerant cada calçada com a única. En funció de les freqüències que s'obtenen per carretera, es defineix un llindar d'acord amb una distribució binomial negativa (BN). Finalment, el valor és major per la gravetat de l'accident, donant més importància als accidents de més gravetat.

El procediment estableix l’estudi de la freqüència del succés "accident relacionat amb lliscament" mitjançant l’establiment d’un mostreig/finestra variable. Aquesta segmentació consisteix a subdividir la xarxa en trams dinàmics per tempteig amb petits solapaments entre ells de certa distància, solapant-se entre si. A cada finestra es comprova si es compleixen els criteris definits per identificar el tram com a TCA i posteriorment es combinen tots els trams que quedin superposats i que superin el llindar definit per obtenir un TCA conjunt.

La ponderació dels accidents per gravetat consisteix a aplicar un pes específic diferent de cada succés en funció de la gravetat (accident mortal, greu o lleu). Per jerarquitzar els diferents trams obtinguts entre si (IAAF i TCAF) es fa servir l'índex de gravetat (IG) amb una fórmula que dóna un pes exponencial als accidents mortals.

Cal observar que es va analitzar aquesta metodologia per esbrinar si s’ajustava a una distribució binomial negativa mitjançant la gràfica de Skewness-kurtosis i amb el test Chi-quadrat. Finalment es va descartar, ja que en el moment del seu desenvolupament no es disposava d'una població de dades suficient per aplicar-la. Així doncs, el càlcul de probabilitat per establir el llindar es fa “manualment”, sense suport d'un programari específic que l'automatitzi.

2. Metodologia de l'estudi de despreniments a la xarxa de carreteres de la GENCAT per a la identificació de TCE

El mètode comença amb la revisió de les dades estadístiques de la població d'incidents relacionats amb lliscaments de talús o vessant, es mostren els TCE identificats sobre el mapa de la xarxa de carreteres de la Generalitat de Catalunya i es proposen actuacions. Els trams TCE identificats s'han obtingut emprant una finestra fixa de 5 km, en què es determina el número d'incidències.

La metodologia empra longituds de finestra fixes, no realitza un ajust estadístic de les dades per obtenir el llindar amb què considerar el tram com a TCE; simplement endreça tots els trams de major a menor nombre d'incidències i estableix diferents rangs (classificats per colors) per prioritzar-los. No considera la gravetat de les incidències, ja que les dades de què es disposa en aquest tipus d'incidències no solen recollir dades sobre la magnitud del lliscament o els danys ocasionats.

A la imatge es mostren la identificació dels trams TCE i la classificació per número d’incidències.

3. Metodologia KDE+ del CDV - Transport Research Centre (Txèquia)

El mètode es va exposar al Journal of Environmental Management i es basa en l'ús del programari KDE+ desenvolupat pel CDV (Transport Research Centre de Txèquia), per a la detecció de trams de concentració d'accidents provocats per col·lisions amb animals ungulats, que cerca identificar la densitat al llarg de la traça d'un fenomen a priori aleatori, com ara la concentració de lliscaments.

L'objectiu d'aquest estudi és demostrar que la manera més efectiva d'identificar les zones de més densitat és dividir les carreteres en dos grups: els anomenats clústers, que representen trams estadísticament significatius quant a l'aparició d'accidents, i altres trams en què es produeixen accidents que es consideren aleatoris, no provocats per factors locals rellevants.

El mètode estadístic usat en aquest estudi per identificar aquestes agrupacions (clusters) és el Kernel Density Estimation (KDE), que estima la funció de densitat de probabilitat de les dades de partida (en el nostre cas, accidents provocats per despreniments) i utilitza simulacions de Monte Carlo per calcular el llindar a partir del qual els trams que s'ubiquen aquests successos es consideren estadísticament rellevants.

L'estudi justifica que els que presenten gran densitat d'accidents, es produeixen en zones fortament influenciades per factors locals. Aquest tractament estadístic redueix l’efecte de manca de coherència de la dada o la seva inexistència, situació comuna en el cas del registre d’accidents de trànsit.

Factors globals – característiques generals i particulars (locals)

Un cop obtinguts els trams clúster, l'estudi proposa identificar les causes/factors (globals i locals) que produeixen accidents a cada clúster. La identificació dels factors es fa mitjançant visita de personal especialitzat a les zones TCE identificades, mitjançant l'ús d'ortofotos, Google StreetView o una altra informació digital disponible. Un cop identificats, el pas següent dels definits per aquest estudi és realitzar un model de regressió per obtenir entre ells els factors locals estadísticament rellevants.

Aquest mètode ha estat aplicat sobre el registre d'incidències per lliscament al conjunt de la xarxa de carreteres de la Generalitat de Catalunya, s'han obtingut 3541 incidències incloses dins de trams clúster, cosa que representa un 65% del total. Tot i això, el sumatori de longituds de tots els clúster és de 380.10 km, la qual cosa representa només un 6.8% dels aproximadament 5600 km que formen el total de carreteres de la xarxa gestionada per la Generalitat.

Identificació de trams TCE mitjançant l’ús del software KDE+.

Proposta metodològica

En vista de la revisió dels mètodes anteriors i de l'anàlisi dels avantatges i els inconvenients, es proposa seguir una metodologia per identificar els trams de concentració d'incidències (TCE) que combini els beneficis de cadascuna.

D'una banda, l'ús de la metodologia detallada a l'estudi de la Generalitat de Catalunya té el clar avantatge de jerarquitzar els diferents trams en funció de la seva gravetat per als accidents frontals (TCA), aspecte que no té en compte el mètode KDE. Tot i això, aquest té l'avantatge operatiu de realitzar el càlcul del llindar per considerar trams TCE de longitud variable, de manera automatitzada, mitjançant mètodes estadístics, no tan sensibles a la qualitat de la dada, que permeten determinar la importància (o fortalesa) de cadascun d'ells, en base a què és significatiu a cada tram de carretera.

Tot i que en el cas de la identificació de trams de concentració de despreniments (TCE) no es pot utilitzar el factor de la gravetat d'un possible accident a causa del despreniment per jerarquitzar els diferents trams entre si, sí que es podrien recollir les dades de les incidències que reflecteixin la magnitud del succés, a fi de jerarquitzar els trams en funció de si les incidències relacionades amb lliscaments han tingut un impacte més gran o menor en el nivell de servei de la carretera.

Així doncs la proposta definida és una combinació dels dos darrers mètodes: d'una banda, prendre dades que representin la magnitud dels despreniments (com pot ser el volum de material caigut, les característiques d'aquest material, l'existència de reclamació de danys per part dels usuaris, etc.) a les dades de partida de les carreteres de la Generalitat de Catalunya – aquest aspecte permetrà assignar diferents pesos específics a cada succés per poder calibrar els trams obtinguts i jerarquitzar-los per la seva magnitud- ; i, per l’altra banda, aplicar criteris de densitat de Kernel per obtenir la densitat d'accidents amb lliscament i aplicar el mètode de Montecarlo per identificar els trams singulars dins d'aquest entorn, fixant automàticament el llindar a partir del qual s'identifiquen com a TCE. Després es classifica la importància d’aquests trams en funció de la posició relativa dels trams accidents registrats.

El procediment ha estat automatitzat i programat per utilitzar-lo directament segons s'actualitzen les dades de registre.

Particularitats del mètode

Amb aquest mètode es vol tenir en compte no només la freqüència de les incidències sinó també la seva gravetat, que estarà definida en termes de la magnitud del despreniment, per la qual cosa es busca jerarquitzar els trams obtinguts anteriorment, a més de pel nombre d'accidents i de la seva posició relativa, per la magnitud del despreniment o impacte que ha tingut cada incidència produïda al tram en la funcionalitat i seguretat de la carretera.

Tanmateix, pel que fa a aquest darrer anàlisi de magnitud del succés, s'ha de destacar que només una petita part de les dades de partida disponibles inclouen dades de la magnitud de les incidències registrades, aquestes vénen donades en forma de registres de reclamacions de danys per part dels usuaris o, en alguns casos, amb els volums del material caigut a la carretera. Així doncs, el criteri escollit per jerarquitzar els trams per la magnitud del despreniment ha estat l’existència o no de reclamació per danys, per part dels usuaris, com a conseqüència d’una incidència. Aquest és el criteri més objectiu per tenir en compte l’impacte. A hores d’ara es tenen 350 reclamacions de les 5.566 incidències registrades. I tot i que es tracta de pocs registres de reclamació, les eines informàtiques ja estan preparades per fer tenir aquest criteri en compte en la priorització de trams.

Índex de gravetat del tram (IG)

Per això aquesta causa es proposa utilitzar el concepte d'índex de gravetat (IG) del tram, descrit al primer estudi (Metodologia de la finestra flotant per a la identificació de TCAF-IAAF) , però aquesta vegada referit a la gravetat del tram TCE quant a la magnitud dels despreniments ocorreguts. Per fer-ho, s'ha calculat per a cada tram clúster identificat, el nombre d'incidències produïdes amb reclamació de danys i s'ha calculat l'índex de gravetat (IG) donant un pes lineal a cadascuna de les reclamacions de danys produïdes i normalitzant-ne els resultats.

L'índex de gravetat calculat té una doble finalitat: per una banda, serveix per calibrar els resultats de l'anàlisi de freqüència de les incidències, tal com s'ha avançat anteriorment, permetent identificar com TCE aquells trams que, encara que tenen una fortalesa inferior al quantil del 10% per tenir poques incidències o per ser aquests molt homogenis, tenen un índex de gravetat superior al quantil del 50% dels valors de l'IG (cosa que equival a la pràctica que aquests obtinguin alguna reclamació de danys al tram). D'altra banda, aquest índex serveix per jerarquitzar els diferents trams TCE entre ells i prioritzar l'adopció de mesures de mitigació.

Jerarquització dels trams TCE segons la gravetat dels de les incidències.

Conclusions

Aquest procés permet obtenir un registre georeferenciat de l'històric d'incidents de la xarxa, un concepte estretament lligat a la política de gestió i manteniment de la xarxa i la seguretat viària. Això permet el depurat, contrast i la millora del sistema de gestió d'actius GENCAT mitjançant tres línies de treball principals:

• Identificació de la manca d'elements d'inventari prioritaris. Les localitzacions dels TCE són contrastades amb la ubicació dels actius, i es detecten zones a inventariar i avaluar.

• Comprovació de la qualitat de les dades de la base de dades del sistema de gestió. Les dades de TCE permeten el contrast real amb les dades existents a la BBDD i l'avaluació que realitza l'algorisme d'avaluació del sistema de gestió de talussos GENCAT.

• Obtenció d'un valor quantitatiu, per a l'indicador històric d'incidents previs, de l'algorisme d'avaluació del risc en què es recolza la gestió d'actius geotècnics. Fins ara, aquest indicador se suportava pel resultat d'una matriu atributiva que jerarquitzava la freqüència i la magnitud d'incidències en quatre categories.

Autores

Redactat per: Marga Torre i Eugènia Àlvarez

Per saber-ne més: Eugènia Àlvarez

L'article compler el teniu aquí: File:2022 05 17 Articulo TCE.pdf