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(a) (b) Figure 4: (a) Free body diagram of the structure cut at the hinge line (failure plane). The forces at the cut correspond to one-half of the reactions (they split equally between the two posts). (b) Top view of structure used to calculate the torsional shear stress resulting from the centerline offset of the small sign. The following information was used to calculate the forces: ● Scaled-off large-sign dimensions: 11.25 ft (height) x 12 ft (width). Corner radius = 1.0 ft. ● Scaled-off small-sign dimensions: 1.75 ft (height) x 5.75 ft (width). Corner radius = 0.25 ft. ● Number of holes in the fuse plate = 4 ● Measured width of fuse plate = 8.2 in ● Measured thickness of fuse plate = 0.5 in ● Measured diameter of holes in the fuse plate = 1.7 in (average of measurements of the four holes) ● Calculated area of fuse plate on hinge line = ������������������������������ = 0.7 ������������2 ● Calculated area of hinge plate on hinge line = ������������������������������������ = 4.1 ������������2 ● CD = 1.12 (based on AASHTO, 2017, p. 3-19) ● Air density = ρ = 0.00237696 slug/ft3 Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 193

● Wind gust speed = v = 155 miles/hr = 227.33 ft/s ● The wind force was calculated using the classical drag force equation (1), shown below: ������������ = 1 ������������������������������2 (1) 2 In addition, the unequal shear forces VFuse and VHinge, shown in Figure 4a, were calculated based on shear strain compatibility as per Assumption 7. The details are provided below: Shear strain compatibility, given in equation (2), requires that the shear strains in both plates be equal because they act in parallel in opposing the tendency of the sign to translate as a rigid body. This step was required to take into consideration the reduction in area of the fuse plate (due to the four holes) which reduces the shear stiffness of the fuse plate relative to the hinge plate. ������������������������������ = ������������������������������������ (2) Shear strain is defined as the shear stress (τ) divided by the shear modulus (G), as shown in the constitutive equation (3), while direct shear stress (τ) is defined as the shear force (V) divided by the area (A), as shown in equation (4). ������ (3) ������ = ������ ������ (4) ������ = ������ Substituting equations (3) and (4) into equation (2), results in the relationship for the shear forces as a function of the areas as shown in equation (5). As expected, the fuse plate takes a smaller portion of the shear force. ������������������������������ = ������������������������������ ������������������������������������ (5) ������������������������������������ The biaxial stress state at a point in the failure plane of the fuse plate is shown in Figure 5. Stress calculations are based on the forces shown in Figure 4. It is evident that the major contributor to the stress state is σy and is due to the overturning moment (51,890 psi). The first-order effects of the weight are only 488 psi and they are beneficial because they act in compression and are therefore subtracted. The direct shear stress contributes 1,038 psi. The torsional shear stress due to the offset small sign only contributes 80 psi due to the large value of the polar moment of inertia of area. Figure 5: Biaxial stress state (plane stress) at a point in the failure plane of the fuse plate. 194 Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1)

MECHANICAL PROPERTIES OF THE FUSE PLATE The mechanical properties were determined by machining an 8-inch tensile specimen from the bottom section (below the bolt holes) of the actual fuse plate (Figure 6). The dimensions of the specimen were based on the ASTM A370 (2016) standard. Figure 6: Actual fuse plate that failed and the specimen machined from the bottom of the plate. The specimen was tested in the Instron 8502-55 Kip Capacity Servohydraulic Universal Testing Machine available in the Materials Testing Lab of the Department of Mechanical Engineering at UAGM. The test procedure was based on the ASTM E8 (2016) standard. The engineering stress-strain curve is shown in Figure 7. The broken specimen is included as an inset in the graph. The value of Sy at 0.2% strain offset was determined graphically using a higher resolution graph that was created with the Excel data file of the test. The modulus of elasticity (E = 30.4x106 psi) was calculated as the slope of the elastic portion of the curve using values from the Excel data file.resolution graph that was created with the Excel data file of the test. The modulus of elasticity (E = 30.4x106 psi) was calculated as the slope of the elastic portion of the curve using values from the Excel data file. Figure 7: Engineering stress-strain curve of the specimen. The broken specimen is shown as an inset. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 195

STATIC FAILURE THEORIES The selection of a static loading failure theory depends on whether the material is ductile or brittle. For ductile materials, the failure criterion is based on yield strength (Sy). For brittle materials, the failure criterion is based on ultimate strength (Su). The reason for the different criteria arises because the stress analysis used in these failure theories is a linear elastic analysis, i.e., based on the linear portion of the stress-strain curve whose slope is given by Young’s elastic modulus (from F to G, or F to A in Figure 8). A brittle material fractures shortly after reaching the yield strength (point H in Figure 8); therefore, using Su as a criterion for brittle materials is valid even though the stresses slightly enter into the inelastic region of the stress-strain curve (from G to H in Figure 8). If the material is truly brittle (short increment from G to H), the error incurred in using a linear elastic model up to Su should be small. A ductile material, on the other hand, reaches its ultimate strength after undergoing significant plastic deformation (B to D in Figure 8). The ultimate strength is not a reasonable failure criterion for ductile materials because the linear elastic stress analysis – governed by the steep slope that defines Young’s modulus – does not correctly model the material behavior beyond the yield strength. The error incurred in using Su as the failure criterion for ductile materials, as required for example, in the Maximum Normal Stress Failure Theory, would be unacceptable. Therefore, ductile materials must use yield strength as the failure criterion. Figure 8. Schematic of stress-strain curves for brittle and ductile materials. Taken from http://www.mesubjects.net/st-venants-principle-stress-strain-curve/. Figure 7 clearly shows that the fuse plate material is ductile so the Maximum Distortion Energy failure theory for ductile materials was selected (Juvinall and Marshek, 2012, p. 267). This theory, best known as the von Mises yield criterion, is formulated in equation (6). The left-hand side of equation (6) is commonly known as the von Mises stress Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 196

and may be determined through classical stress analysis or computational methods. The right-hand side of equation (6) establishes the strength criterion of the material, in this case the yield strength. The safety factor (S.F.) is included as a strength reduction factor on the right-hand side of the equation (LRFD has not yet made its way into mechanical engineering). (���������2��� + ���������2��� − ������������ ������������ + 3���������2��������� )1/2 = ������������ (6) ������. ������. All that remains is to substitute the stresses shown in Figure 5 into equation (6). The von Mises stress was calculated for two cases. The first case – the refined model developed in this study – considers all the stresses present in the failure plane that are shown in Figure 5. The second case – the simplified models used by Pfeifer (1993) and Paulsen et al. (1995) – only considered the stresses due to the overturning moment. In both cases the safety factor was set equal to 1.0. The results are summarized in Table 1. Table 1: Predictions of equation (6) with a safety factor equal to 1.0. Case von Mises stress Yield strength % difference (left-hand side of equation 6) ������������ 0.8% Refined Model 1.75% (Includes all the stresses (Calculated) (Experimental) shown in Figure 5) 51,413 psi 51,000 psi Simplified Model 51,890 psi 51,000 psi (Only includes the stress due to the overturning moment) Used by Pfeifer (1993) and Paulsen et al. (1995). DISCUSSION The first row of Table 1 shows the results of the refined model used in this study. There is excellent agreement between the calculated von Mises stress and the experimental value of yield strength. The percent difference was only 0.8%. The second row of Table 1 shows the results of the simplified model used by Pfeifer (1993) and Paulsen et al. (1995). The error increased by less than 1%; therefore, sizing of the plate can be simplified even further, and still remain accurate. These results are encouraging; however, the fuse plate surpassed the yield state and ruptured. The only way that fracture could be explained with the assumed wind gust velocity of 155 mph would be if the material had ideal elastic- perfectly-plastic behavior. For perfectly plastic behavior, once yielding was reached, the plate would deform plastically without increasing the load, until it fractured. However, Figure 7 shows strain hardening of the material which increases the strength by 19 ksi (Su – Sy = 19 ksi). Thus, a higher velocity wind gust would be required to overcome the additional strength and reach rupture. A post-yield non-linear incremental load analysis is required to provide a better understanding of the behavior of the fuse plate once it starts yielding and to predict the wind gust speed for rupture. This analysis was not contemplated in the scope of this project. Still, a few things may be conceptually inferred in the post-yield sequence that may assist in a better understanding the situation. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 197

● The stresses that arise in the failure plane are primary stresses because they develop from the applied wind load and are not self-limiting. For primary stresses, once yielding is reached, the plastic deformation continues unabated unless force equilibrium is reached. In this case, the increase in strength due to strain hardening would ensure equilibrium and stop the deformation prior to rupture. ● The holes in the fuse plate generate stress concentrations. The locations of these stress raisers are exactly in the failure plane of the fuse plate (the thinnest section of the plate) and at the circumference of the holes. These locations would be expected to reach yielding before any other point. Additional loads would be redistributed into the adjacent material between the holes that have not yet reached yield because they are stiffer (still governed by Young’s modulus) and attract the load. The plasticized locations would become “softer” in terms of stiffness, thus the redistribution into the stiffer material. ● At some instant in time in the sequence to rupture, the entire failure plane should become fully plastic (“soft”) because there are no other “stiffer” locations between the holes to redistribute the primary stresses. The material has reached a state where any increase in the load will lead to gross yielding of the section. It seems plausible to suppose that the fuse plate could reach this “gross yielding” onset state with the 155-mph wind gust. ● A final push would be required to conclude the gross yielding state and reach rupture. For example, a higher velocity wind gust could increase the load and overcome the increased strength due to strain hardening. Also, one point on the fuse plate could fracture earlier than the others which would decrease the available area to carry the load, thus starting a sequence of local ruptures that ended in full fracture. Figure 6 clearly shows that the holes are not equally spaced, and that the fracture zones are different from one hole to the next. The preceding discussion reveals part of the authors’ interest in this interesting structural element. Typical mechanical engineering applications only require the designer to size an element so that it never reaches the yield strength under the applied static loads. Safety factors generally ensure that this objective is accomplished. The designer rarely faces a situation in which a safety factor is not warranted, i.e., a safety factor of 1.0. The fuse plate is such a case. A safety factor larger than 1.0 – to avoid failure due to wind loads – would introduce uncertainty on the activation of the fuse. An overdesigned plate may not rupture when the post is struck by an errant vehicle, thus defeating the intended purpose of the fuse plate. Although the lower end of the design was not included in the scope of this project (plate rupture when the post is struck by a vehicle), it is clear that it will face the same issues discussed here. LIMITATIONS Two primary limitations were confronted in this study: 1.) Due to the limited amount of material (Figure 6), only one specimen was tested to determine the mechanical properties, i.e., an average from several specimens could not be determined. 2.) A wind gust speed of 155 mph at the top of the sign was assumed because the wind speed at the site remains unknown. In addition, several of the assumptions used in the study limited the accuracy of the stress analysis. For example, the sign dimensions were scaled off from a photograph because the sign disappeared after María. Also, the study assumed that the holes in the fuse plate were equally spaced; however, Figure 6 clearly shows that they were not. The study also assumed that all points in the failure plane were equally stressed which may not have been the case. CONCLUSIONS Despite the limitations, the study concludes that classical stress analysis, in conjunction with the von Mises yield failure criterion, accurately predicted yielding of the fuse plate. Furthermore, that the stress analysis may be simplified Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 198

with less than a 1% error increase – by only considering the stresses caused by the overturning moment. This simplification was used by Pfeifer (1993) and Paulsen et al. (1995) and is hereby validated. A safety factor of 1.0 is recommended due to the dual constraints that the fuse plate must satisfy. This is justified if the designers/manufacturers use plate material with certified mechanical properties. Although the model accurately predicted yielding, a post-yield non-linear incremental load analysis is required to predict the higher wind gust speed that would be required to rupture the fuse plate. ACKNOWLEDGMENTS The authors gratefully acknowledge Mr. José Santana, Mechanical Engineering Machine Shop Technician, for precisely and accurately machining the tensile specimen from the fuse plate. The authors also gratefully acknowledge the anonymous reviewers who provided excellent suggestions that improved the quality of the article. REFERENCES American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO, 2009). Standard Specifications for Structural Supports for Highway Signs, Luminaires, and Traffic Signals, 5th edition. Publication Code: LTS- 5, Washington, District of Columbia. American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO, 2017). “Interim revisions to the LRFD structural supports for highway signs, luminaries, and traffic signals”, Publication Code: LRFDLTS- 1, Washington, District of Columbia. American Society for Testing and Materials (ASTM A370, 2016). “Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products”, West Conshohocken, Pennsylvania. American Society for Testing and Materials (ASTM E8 2016). “Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials”, West Conshohocken, Pennsylvania. Boruff, D. (2015). “Panel Sign Wide Flange Post Selection and Plan Detailing”, Design memorandum, No. 15-04, Indiana Department of Transportation, Indianapolis, Indiana. Consolazio, G. R., & Innocent, D. G. (2016). “Scaling and Validation of Breakaway Connection for Multi-Post Ground Signs”, Structures Research Report 2016/114986-114987, Department of Civil and Coastal Engineering, University of Florida, Gainesville, Florida. Diaz, A (2019). “Al detalle las fallas en las carreteras de la isla”, Periódico El Vocero de Puerto Rico, 12 de septiembre de 2019. Juvinall, Robert C., and Kurt M. Marshek (2012). Fundamentals of machine component design. 5th edition. Wiley. Pfeifer, B G. (1993) Safety performance evaluation of a modified perforated tension fuse plate for dual support breakaway signs. Transportation Research Report TRP-03-33-92, Missouri Highway Transportation Department. https://trid.trb.org/view/374232 Paulsen, G. W., Pfeifer, B.O., Holloway, J. E., and Reid, J.D. (1995). Design and Testing of a Dual Support Breakaway Sign. Transportation Research Report TRP-03-48-95, Missouri Highway Transportation Department. https://trid.trb.org/View/448323. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 199

AUTHORS BIOSKETCH Professor and Director of Mechanical Engineering (since 2003) in the Mechanical Engineering program at University of Turabo (now Ana G. Méndez University). Also served as the ABET Coordinator of the School of Engineering between 2003-2016, a period that covered four accreditation visits and resulted in the initial ABET-EAC accreditation of all five engineering programs. He holds BS and MS degrees in mechanical engineering and a PhD in civil (structural) engineering where he investigated the dynamic characteristics and seismic response of the Arecibo Observatory using modern engineering tools (PhD thesis). His research interests reside in machine design, structural engineering, and engineering education. J. Morales Ms. Sánchez is a June 2020 graduate of the Mechanical Engineering program at Ana G. Méndez University. She is currently employed in the Product Engineering Division of Pall Corporation in Fajardo, Puerto Rico. Her career goals are to pursue a master’s degree in engineering management and to become a licensed Professional Engineer in Puerto Rico. Ms. Sánchez loves challenges that can lead into a learning experience and to the development of professional and interpersonal skills. J. Sánchez Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 200

AUTHORS BIOSKETCH (CONT.) Ms. De Jesús is a June 2020 graduate of the Mechanical Engineering program at Ana G. Méndez University. She was a member of the Honors Program where she was very active in the community and social services programs. She is currently preparing for the Fundamentals of Engineering Exam as a first step to become a licensed Professional Engineer in Puerto Rico. Her aspirations are to continue graduate studies in mechanical engineering and to forge an engineering career that is aligned with the healthcare industry. S. De Jesús Mr. Caraballo is a June 2020 graduate of the Mechanical Engineering program at Ana G. Méndez University. He graduated with honors (Cum Laude) at the age of 22. He is currently preparing for the Fundamentals of Engineering Exam as a first step to become a licensed Professional Engineer in Puerto Rico. He aspires to continue graduate studies in structural engineering at UPR-RUM. He also aspires to open his own business as an engineering consultant after acquiring a few years of professional experience. J. Caraballo Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 201

RISE-UP: UNA HERRAMIENTA EDUCATIVA INTERDISCIPLINARIA PARA LA GENERACIÓN DE INFRAESTRUCTURA SOSTENIBLE Y RESILIENTE1 Carla López del Puerto2, Humberto Cavallín3, José Perdomo4, Jonathan Muñoz5, Marcelo Suárez6 , Drianfel Vázquez7 RESUMEN: Los daños causados a la infraestructura de Puerto Rico por el huracán María en el 2017 y la secuencia sísmica en el 2020 evidencian que, después de un desastre natural, es necesario unir múltiples disciplinas para reconstruir la infraestructura dañada utilizando nuevos paradigmas. Con el objetivo de desarrollar una nueva generación de profesionales de ingeniería y arquitectura que trabajen de manera integrada para enfrentar retos causados por eventos naturales se creó el programa “Resilient Infrastructure and Sustainability Education – Undergraduate Program” (RISE-UP). El programa se estructura en torno a una plataforma colaborativa entre tres campus del sistema de la Universidad de Puerto Rico, y se basa en un enfoque interdisciplinario de aprendizaje basado en proyectos (“Project Based Learning” o PBL por sus siglas en inglés). RISE-UP consta académicamente de cuatro cursos que forman parte de una concentración menor y, que se complementan con oportunidades de internados y de investigación subgraduada. Los cursos se toman en orden secuencial en un proceso que va de la presentación de contenidos y técnicas básicas, a la aplicación de esos conocimientos en un proyecto de diseño integrado. A la fecha, en el programa han ingresado un total de 64 estudiantes divididos en dos cohortes de acuerdo a su fecha de ingreso al programa. Los estudiantes de ambos cohortes reflejan la diversidad que el proyecto busca en cuanto a área de especialidad, campus y género. Los resultados de las evaluaciones estudiantiles indican que el 100% de los estudiantes encuentran la metodología PBL como \"valiosa\" o \"muy valiosa\" para entender la importancia de que la infraestructura sea sostenible y resiliente para poner en práctica los conceptos aprendidos. El programa sirve como ejemplo de las ventajas de integrar la tecnología de la información para permitir que los estudiantes de diferentes “campus” trabajen juntos hacia un objetivo común. Palabras clave: arquitectura, desastres naturales, ingeniería, práctica integrada, reconstrucción RISE-UP: AN INTERDISCIPLINARY LEARNING TOOL TO GENERATE SUSTAINABLE AND RESILIENT INFRASTRUCTURE ABSTRACT: The damage caused to Puerto Rico's infrastructure by Hurricane María in 2017 and the seismic sequence in 2020 provided evidence that, after a natural disaster, the collaboration of different disciplines is necessary to rebuild the damaged infrastructure using new paradigms. To develop a new generation of engineering and architecture professionals who work in an integrated way to face the challenges caused by natural events, the Resilient 1 Artículo recibido el 7 de diciembre de 2020 y aceptado para publicación el 21 de diciembre de 2020. 2 Profesora, Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura, Universidad de Puerto Rico, Mayagüez, Puerto Rico 00681- 9000. E-mail: [email protected] 3 Profesor, Escuela de Arquitectura, Universidad de Puerto Rico, Rio Piedras, Puerto Rico. Email: [email protected] 4 Profesor, Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura, Universidad de Puerto Rico, Mayagüez, Puerto Rico. Email: [email protected] 5 Profesor, Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura, Universidad de Puerto Rico, Mayagüez, Puerto Rico. Email: [email protected] 6 Profesor, Departamento de Ciencias e Ingeniería de Materiales, Universidad de Puerto Rico, Mayagüez, Puerto Rico. Email: [email protected] 7 Profesor, Departamento de Ingeniería, Universidad de Puerto Rico, Ponce, Puerto Rico. Email: [email protected] Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 202

Infrastructure and Sustainability Education - Undergraduate Program (RISE-UP) was created. The program is structured using a collaborative platform between three campuses of the University of Puerto Rico system and is based on an interdisciplinary approach using Project-Based Learning (PBL). RISE-UP consists of four courses that are part of a minor degree that is complemented by internship and undergraduate research opportunities. The courses are taken sequentially in a process that starts with the presentation of basic content and techniques, to the application of that knowledge in an integrated design project. To date, a total of 64 students have entered the program, divided into two cohorts according to their admission into the program. Students in both cohorts reflect the diversity that the project seeks in terms of specialty area, campus, and gender. The results of the student evaluations indicate that 100% of the students find the PBL methodology \"valuable\" or \"very valuable\" to understand the importance of a sustainable and resilient infrastructure, putting into practice the concepts learned. This program serves as an example of the benefits of information technology integrations to allow students from different campuses to work together toward a common goal. Keywords: architecture, engineering, integrated practice, natural disasters, reconstruction ANTECEDENTES Durante el siglo XX, la consolidación de la separación disciplinar afectó al ecosistema, donde los profesionales se educan y se congregan. En este contexto, a comienzos del siglo pasado, el modelo dominante en el conocimiento y su práctica enfatizaba la cultura del profesionalismo. La división resultante en agrupaciones de conocimiento o profesionales dio origen a los colegios o asociaciones profesionales, cuya función ha sido regular la identidad profesional de su membresía a través de la evaluación de su probidad, certificación de los programas académicos pertinentes, definición de los procedimientos de evaluación profesional y creación de credenciales y requisitos para la práctica de la profesión. La preparación formal de los profesionales en el diseño de edificaciones (arquitectos e ingenieros) se suele llevar a cabo en ambientes académicos independientes, sin interacción entre disciplinas. Esta división genera desconocimiento entre las profesiones en diversos niveles, estimulando el antagonismo disciplinar. Contemporáneamente, un nuevo paradigma de ejercicio profesional ha surgido, estimulado en gran medida por el desarrollo de aplicaciones de computadoras diseñadas para facilitar la interacción entre las profesiones. Este nuevo paradigma de práctica profesional ha tomado en arquitectura y en las ingenierías el nombre de práctica integrada (AIA, 2007; Elvin, 2007). La práctica surgió de las dinámicas de interacción profesional en la colaboración entre los miembros del grupo, que parte desde el inicio del proceso de resolución de los problemas (Elvin, 2007). Tiene como finalidad estimular el intercambio temprano del conocimiento necesario para la resolución de los problemas, por medio del estímulo de la participación de cada una de las voces involucradas en la resolución de un problema específico. Durante el proceso, se definen tempranamente objetivos comunes que propenden a la integración transdisciplinar de los valores y conocimientos individuales a las diferentes disciplinas. RISE-UP: EDUCACIÓN INTERDISCIPLINAR, SOSTENIBILIDAD Y RESILIENCIA El huracán María tocó tierra el 20 de septiembre de 2017 en Puerto Rico, vientos devastadores y ocasionó precipitaciones extremas, inundaciones y deslizamientos de tierra. Los daños a la infraestructura de Puerto Rico demostraron que después de un desastre natural, es necesario una convergencia de disciplinas para reconstruir y robustecer la infraestructura dañada a partir de nuevos paradigmas. Como se mencionó anteriormente, estos paradigmas contradicen la preparación académica tradicional basada en disciplinas relacionadas con la infraestructura; dicha formación de profesionales ocurre en dominios aislados, rara vez abordando problemas interdisciplinarios o implementando hallazgos de la investigación sistemática de experiencias previas. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 203

En Puerto Rico, las secuelas del huracán María y la secuencia sísmica de comienzos del año 2020, han profundizado la conciencia de educar a futuros profesionales para proveer soluciones a problemas complejos de infraestructura. La necesidad de reclutar y preparar a estudiantes para diseñar y construir infraestructura que resista el embate de eventos naturales impulsó a un equipo de profesores de la Universidad de Puerto Rico a preparar una propuesta a la Fundación Nacional para las Ciencias (NSF por sus siglas en inglés). La aprobación de los fondos por la NSF permitió establecer el proyecto “Resilient Infrastructure and Sustainability Education – Undergraduate Program” (RISE-UP). El objetivo general es formar una nueva generación de profesionales de ingeniería y arquitectura, que trabajen de manera integrada para enfrentar retos causados por eventos naturales y, desarrollar una infraestructura robusta, resistente y sostenible. De esta forma, RISE-UP busca beneficiar a la sociedad aumentando el número de ingenieros y arquitectos que están educados para diseñar y construir infraestructura en Puerto Rico que resista el embate de los eventos naturales (López del Puerto et al, 2019). RISE-UP: ESTRUCTURA ACADÉMICA RISE-UP se estructura a partir de una plataforma colaborativa entre tres campus del sistema de la Universidad de Puerto Rico. Los participantes son: La Universidad de Puerto Rico en Mayagüez (UPRM), la Universidad de Puerto Rico en Río Piedras (UPRRP) y la Universidad de Puerto Rico en Ponce (UPRP). Los cursos se basan en un enfoque interdisciplinario de aprendizaje basado en proyectos (“Project Based Learning” o PBL por sus siglas en inglés). Este es un enfoque que enfatiza el aprendizaje a través de experiencias que se hacen eco de entornos similares a los del mundo real, haciendo hincapié en la formulación de problemas y el rol que tienen los participantes en la definición de las características de esos problemas (Fruchter, 2004). La interacción se produce en un entorno académico en el que convergen las disciplinas de diseño ambiental, ingeniería civil, agrimensura, ingeniería eléctrica, ciencias e ingeniería de materiales, y construcción. El programa consta académicamente de cuatro cursos (Tabla 1) complementados con oportunidades de internados y de investigación subgraduada. Los estudiantes toman los cursos en orden secuencial en un proceso que va de la presentación de contenidos y técnicas básicas, a la aplicación de esos conocimientos en un proyecto de diseño integrado (López del Puerto et al., 2020). Tabla 1: Estructura de cursos de RISE-UP. Título del curso Descripción Fundamentos de la práctica Implicaciones de los desastres naturales en los procesos de diseño y integrada para construcción, incluidos los factores humanos, para la resolución de infraestructura resiliente y problemas del equipo de diseño. sostenible Tecnología de la información Tecnologías de la información para la infraestructura civil que serán para una infraestructura utilizadas como herramientas por diseñadores y constructores para colaborar resiliente y sostenible en equipos transdisciplinarios. Diseño y construcción Aplicación de la sostenibilidad y la resistencia al diseño y la construcción sostenibles y resilientes de ingeniería. Proporciona espacio para la discusión de los principios éticos y de ingeniería necesarios para respaldar el diseño y la construcción ecológicos y resilientes. Producción de proyectos de Proceso de ejecución de proyectos de diseño y construcción e incluye el diseño y construcción análisis de la dinámica del proceso de diseño y construcción para el desarrollo de infraestructura resistente y sostenible. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 204

RISE UP: EN LA PRÁCTICA El reclutamiento de estudiantes para participar en el primer cohorte de RISE-UP, se llevó a cabo durante el primer semestre del año 2019. En agosto de 2019, treinta (30) estudiantes ingresaron al programa y se matricularon en el primer curso de la concentración menor. En agosto de 2020, treinta y cuatro (34) estudiantes ingresaron al segundo cohorte de RISE-UP. Los estudiantes de ambos cohortes reflejan la diversidad que el proyecto busca en cuanto a área de especialidad, campus y género. Figura 1: Primer cohorte de estudiantes de RISE-UP. El primer curso de la concentración menor, titulado “Fundamentos de Práctica integrada para Infraestructura Sostenible y Resiliente (ARQU/INCI 4147)” se ofreció simultáneamente en tres campus de la Universidad de Puerto Rico, es decir Mayagüez, Río Piedras y Ponce, por primera vez en el primer semestre 2019-2020. Este curso se ofrece mediante un sistema mixto que integra charlas y discusiones sobre temas específicos asociados con los problemas de infraestructura en Puerto Rico, y se complementa con trabajos siguiendo una metodología de Estudio de Caso, con la cual los estudiantes registran y evalúan situaciones de la vida real en las cuales, componentes de la infraestructura de Puerto Rico, han sido impactados por condiciones climáticas extremas. Un ejemplo de Estudio de Caso que desarrollaron los estudiantes en equipos interdisciplinarios fue la evaluación de daños causados por el huracán María y el análisis de la vulnerabilidad sísmica del parque de pelota que se muestra en la Figura 2 Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 205

. Figura 2: Visita de campo al Parque de Pelota “Luis “Tite” Arroyo” en Peñuelas, Puerto Rico para realizar el estudio de caso. Otro ejemplo que muestra la sinergia generada mediante este modelo de educación interdisciplinar es la experiencia en un programa de investigación y diseño donde los estudiantes con mentoría de profesores se enfrentaron colaborativamente a la resolución de problemas reales de la infraestructura en Puerto Rico. Después de una introducción a la investigación, equipos interdisciplinarios evaluaron la respuesta sísmica de cuatro tipos de estructuras (escuela, casa, viaducto y central eléctrica) y generaron diseños que incorporan medidas de mitigación ante el embate de eventos naturales. La experiencia final de la secuencia de cursos retoma este aprendizaje de la práctica integrada mediante el curso “Producción de proyectos de diseño y construcción”. El curso se basa en un enfoque interdisciplinario de aprendizaje basado en PBL para comprender y generar soluciones a una variedad de desafíos complejos de infraestructura en contextos de la vida real. El impacto físico de los huracanes Irma y María en la infraestructura y la vulnerabilidad de Puerto Rico a la actividad sísmica en curso constituyen el escenario para los casos de estudio que serán desarrollados durante el semestre. CONCLUSIONES A la fecha, los resultados de las evaluaciones estudiantiles indican que el 100% de los estudiantes encuentran la metodología PBL como \"valiosa\" o \"muy valiosa\" para entender la importancia de que la infraestructura sea sostenible y resiliente y para poner en práctica los conceptos aprendidos. Para muchos estudiantes, el enfoque de los estudios de caso y la metodología PBL representan una práctica novedosa, mientras que un 80% reporta que no habían experimentado \"práctica directa en entornos reales\" en cursos anteriores. Todos los estudiantes resaltaron la relevancia del trabajo con casos de estudio para su formación profesional; ellos consideraron que es una manera \"muy útil\" para comprender y poner en práctica el material del programa. El programa sirve como ejemplo de las ventajas de integrar la tecnología de la información para permitir que los estudiantes de diferentes campus trabajen cooperativamente hacia un objetivo común. El modelo educativo de colaboración remota y la naturaleza práctica de los cursos mejoran substancialmente la educación relacionada con la Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 206

resiliencia y la sostenibilidad de la infraestructura en las disciplinas del diseño ambiental, ingeniería, y agrimensura. Esto fue particularmente apreciado durante el proceso en curso de educación remota debido a la pandemia, que requirió una transición rápida de los estudiantes del programa a la modalidad en línea. Nuestra experiencia a la fecha nos indica que el modelo educativo usado en RISE UP puede servir como modelo para la creación de otros cursos o programas interdisciplinares que se construyan a partir de las fortalezas de cada campus. En conclusión, consideramos que los estudiantes egresados de RISE-UP tendrán una mayor conciencia y conocimiento de los problemas asociados con resiliencia y sostenibilidad en el contexto de Puerto Rico. Esta formación interdisciplinaria les ayudará a estos profesionales a implementar este aprendizaje a otras situaciones ambientales que requieran de este tipo de pensamiento para la resolución interdisciplinar de problemas. RISE-UP es un primer paso hacia una academia que provea una visión a largo plazo que fortalezca la consciencia de los profesionales en términos de su educación disciplinar en el marco de los conceptos de resiliencia y sostenibilidad para el diseño e implementación de las necesidades de infraestructura en el futuro. RECONOCIMIENTO Este material se basa en el trabajo apoyado por la “National Science Foundation” bajo las subvenciones No. 1832468 y 1832427 (programa HSI). Todas las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material pertenecen a los autores y no reflejan necesariamente las opiniones de la “National Science Foundation”. Los autores están muy agradecidos con los miembros del Consejo Asesor (Christina Algaze Beato, Sonny Beauchamp, Marilú de la Cruz Montañez, José Sánchez y Lee Vanessa Feliciano) y con los evaluadores (Luisa Guillemard y Walter Díaz) por sus valiosos aportes. También estamos muy agradecidos por la dedicación de los estudiantes que participan en el proyecto y los profesores que integran el equipo de trabajo de RISE-UP (Fabio Andrade, Ismael Pagán, Ricardo López, Luis Suárez, Luis Daza, Aidcer Vidot y Luis Montejo). Para obtener información adicional sobre RISE-UP, favor de visitar la página web https://riseup.upr.edu/. REFERENCIAS American Institute of Architects (AIA) (2007).”Integrated Project Delivery: A Guide”. Recuperado en 12 /6 /2020, de < https://help.aiacontracts.org/public/wp-content/uploads/2020/03/IPD_Guide.pdf > Elvin, George (2007), Integrated Practice in Architecture: Mastering Design‐ Build, Fasttrack, and Building Information Modeling, Hoboken, N.J.: John Wiley and Sons. Fruchter, R. (2004), “Global Teamwork: Cross‐disciplinary, Collaborative, Geographically Distributed e‐ Learning Environment”, en J.D.J. Bento, M. Heitor y W. Mitchel (eds.), Collaborative Design and Learning: Competence Building for Innovation. Greenwood: Quorum Books. López del Puerto, C., & Cavallin, H. E., & Perdomo, J. L., & Muñoz Barreto, J., & Suárez, O. M., & Andrade, F. (2019, June), “Developing a Collaborative Undergraduate STEM Program in Resilient and Sustainable Infrastructure”, Paper presented at 2019 ASEE Annual Conference & Exposition, Tampa, Florida. 10.18260/1-2—32629. López del Puerto, C., & Cavallin, H. E., & Suárez, O. M., & Muñoz Barreto, J., & Perdomo, J. L., & Vázquez, D. E., & Andrade Rengifo, F., & Guillemard, L., & Troche, O. (2020, June), “Design and Assessment of Architecture/Engineering/Construction (AEC) Curricula for Resilient and Sustainable Infrastructure”, Paper presented at 2020 ASEE Virtual Annual Conference Content Access, Acceso virtual:. 10.18260/1- 2—34386. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 207

RESEÑA DE AUTORES C. López del Catedrática e Investigadora del Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura Puerto de la Universidad de Puerto Rico, Recinto Universitario de Mayagüez (UPRM), donde imparte cursos sobre ingeniería y gerencia de la construcción. Recibió su título de Arquitectura de la Universidad de las Américas Puebla (UDLAP) en México, una Maestría en Administración de la Construcción de la Universidad de Oklahoma, y un Doctorado de “St. Louis University”. Es miembro de varias asociaciones profesionales a nivel internacional; ha sido reconocida como evaluadora distinguida de la revista arbitrada de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE) sobre Aspectos Legales y Resolución de Disputas en Ingeniería y Construcción (LADR). Es Co-Investigadora Principal en el proyecto del Centro de Resiliencia Costera (CRC) del Departamento de Seguridad Nacional (DHS) en el cuál se enfoca en los aspectos de Educación sobre Resiliencia de Infraestructura Costera. Profesor e investigador de la Escuela de Arquitectura de la Universidad de Puerto Rico en Río Piedras, donde imparte cursos sobre diseño y teoría arquitectónica. Recibió su título de Arquitectura de la UNET en Venezuela, una Maestría en Psicología Social de la Universidad Central de Venezuela y un Doctorado de la Universidad de California, Berkeley. H. Cavallín Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 208

RESEÑA DE AUTORES (CONT.) Profesor e Investigador en el Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura de la Universidad de Puerto Rico en Mayagüez, donde imparte cursos en ingeniería y gerencia de la construcción. Recibió un Grado Asociado en Tecnología de la Ingeniería Civil de UPR-Ponce, un Bachillerato en Ingeniería Civil en la Universidad de Puerto Rico en Mayagüez, una Maestría en Ingeniería Civil y un Doctorado en Diseño Ambiental y Planificación, Gerencia de Construcción, ambos de “Virginia Tech”. J. Perdomo J. Muñoz Profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Civil del Recinto Universitario de Mayagüez (RUM) de la Universidad de Puerto Rico. El Dr. Muñoz-Barreto enseña ciencias geoespaciales, con especial interés en las tecnologías de teledetección. Su investigación utiliza datos recopilados por estudios de campo para investigar procesos físicos de la hidrología terrestre y sus impactos en la sociedad. Su trabajo de investigación ha sido subvencionado por múltiples agencias federales y estales entre las que se destacan, la Fundación Nacional para las Ciencias (NSF), la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) y el Departamento de Educación (DE), en conjunto estas dadivas de investigación sobrepasan el millón de dólares en fondos externos. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 209

RESEÑA DE AUTORES (CONT.) Profesor y coordinador del Programa Graduado en Ciencias e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Puerto Rico en Mayagüez. Es, además, director del Centro de Nanotecnología de dicha institución. Recibió su bachillerato en Ingeniería Mecánica Aeronáutica de la Universidad Nacional de Córdoba, Argentina, y su Maestría y Doctorado en Ingeniería Metalúrgica de University of Wisconsin, Madison. M. Suárez Profesor, Departamento de Ingeniería, Universidad de Puerto Rico, Recinto de Ponce, Puerto Rico. Obtuvo su Bachillerato en Ingeniería Civil; Maestría y Doctorado en Ingeniería Civil Estructural en la Universidad de Puerto Rico, Recinto de Mayagüez. Además, posee un “Juris Doctor” de la Universidad Pontificia Católica de Puerto Rico. El Dr. Vásquez- Torres es Ingeniero Licencia Estructural-Ingeniero de Terremotos/Sismos. D. Vázquez Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 210

INVESTIGACIONES INNOVADORAS QUE CONTRIBUYEN A LA SEGURIDAD, SOSTENIBILIDAD Y RESILIENCIA EN LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE1 Benjamín Colucci-Ríos2, Alberto M. Figueroa-Medina3, Didier Valdés-Díaz4 RESUMEN: Los sistemas de infraestructura de transporte son vitales para el movimiento efectivo, eficiente, seguro y sostenible de personas y bienes que promueven el desarrollo económico de las ciudades y países para presentes y futuras generaciones. Este artículo presenta estadísticas pertinentes relacionadas a la movilidad, seguridad, accesibilidad, equidad, confiabilidad y resiliencia de los sistemas de transporte en los Estados Unidos y a nivel internacional, y presenta algunos de los retos presentes y futuros. La seguridad, congestión y el factor humano se enfatizan en combinación con las ideas innovadoras y medidas correctivas basadas en investigaciones a nivel Estatal y Federal, para mitigar la congestión y mejorar la seguridad de todos los usuarios. Entre las ideas innovadoras se incluyen las iniciativas del programa Cada Día Cuenta de la Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos, hallazgos de investigaciones de los Consorcios Universitarios de Transportación (UTC) de SAFER-SIM y el Instituto Nacional para la Reducción de la Congestión (NICR), el uso de simuladores de conducción, realidad virtual, sistemas aéreos no tripulados y modos alternos de transporte como e-scooters, y las gestiones exitosas de transferencia de conocimiento de estas iniciativas innovadoras en el ámbito presencial y virtual a través del Centro de Transferencia de Tecnología en Transportación de Puerto Rico. Palabras clave: infraestructura de transporte, innovación en transportación, resiliencia, simulador de conducción, realidad virtual, equidad INNOVATIVE RESEARCH THAT CONTRIBUTES TO SAFETY, SUSTAINABILITY AND RESILIENCE IN TRANSPORTATION SYSTEMS ABSTRACT: Transportation infrastructure systems are vital for the effective, efficient, safe, and sustainable movement of people and goods, and promote the economic development of cities and countries for present and future generations. This article presents pertinent statistics related to mobility, safety, accessibility, equity, reliability, and resilience of transportation systems in the United States (U.S.) and internationally, and present some of the present and future challenges. Safety, congestion, and the human factor are emphasized in combination with innovative ideas and research-based remedial measures at the State and Federal level to mitigate congestion and improve safety for all users. Innovative ideas include the U.S. Federal Highway Administration's Every Day Counts program initiatives, findings from University Transportation Centers (UTC) SAFER-SIM and the National Institute for Congestion Reduction (NICR), the use of driving simulators, virtual reality, unmanned aerial systems and alternative modes of transport such as e-scooters, and the successful management of knowledge transfer of these innovative initiatives at in person seminars and webinars through the Puerto Rico Transportation Technology Transfer Center. Keywords: transportation infrastructure, transportation innovation, resilience, driving simulator, virtual reality, equity. 1 Artículo recibido el 11 de diciembre de 2020 y aceptado para publicación el 23 de diciembre de 2020. 2 Catedrático y Director del Centro LTAP-T2 de Puerto Rico, Cátedra Abertis y Programa de Cada Día Cuenta de PR, Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura, Universidad de Puerto Rico, Mayagüez, Puerto Rico 00681-9000. Email: [email protected] 3Catedrático e Investigador Principal del Instituto Nacional para la Reducción de la Congestión, Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura, Universidad de Puerto Rico, Mayagüez, Puerto Rico. Email: [email protected] 4 Catedrático e Investigador Principal de SAFER-SIM, Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura, Universidad de Puerto Rico, Mayagüez, Puerto Rico. Email: [email protected] Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 211

INTRODUCCIÓN Los sistemas de transporte son elementos vitales para el movimiento efectivo, eficiente y seguro de las personas y bienes y para el desarrollo de las ciudades y las regiones. La necesidad de mantener la infraestructura de carreteras y de transporte colectivo en una condición aceptable, unido a tener buen desempeño en términos de movilidad, seguridad, accesibilidad, equidad, confiabilidad y resiliencia, entre otros aspectos, son retos primordiales que los planificadores, ingenieros y oficiales de transporte deben evaluar esmeradamente para asegurar la calidad de vida de la población. Wagner (2019) indica que la demanda por movilidad urbana a nivel mundial en el año 2010 fue de 25.8 trillones de pasajeros-kilómetros, y los estimados son de que la demanda aumentará en 36% para el año 2030 y en 88% para el año 2050. En los Estados Unidos (EE. UU.), la demanda en el sector del transporte representó gastos de $1.9 trillones, o el 9.4% del Producto Nacional Bruto para el año 2018 (BTS, 2020). Ciertamente el aumento en demanda por la movilidad urbana tiene impactos significativos en la economía de los países a través de todo el mundo. La Figura 1 muestra cómo los consumidores en los EE. UU. han visto un aumento de 54% en sus gastos personales por vehículos de motor, de $601 billones en el 2002 a $928 billones en el 2018. Figura 1: Gastos asociados al transporte en Estados Unidos. Mientras tanto, el sector público y el privado han aumentado en 73.5% y 115.5%, respectivamente, sus inversiones en transporte durante ese periodo (BTS, 2020). A pesar de esto, la inversión pública aparenta no ser suficiente para mantener la infraestructura de carreteras y transporte colectivo en buena condición. Según el NCPWI (1988) y el ASCE (2017), la condición de la infraestructura de carreteras y transporte colectivo en los EE. UU. ha ido en deterioro, recibiendo calificaciones de C+ y C- en el año 1988 y de D y D- en el año 2017, respectivamente. El NCPWI identificó en aquel momento la necesidad de aumentar la inversión en la expansión de la red vial, hacer reparaciones mayores a carreteras y puentes envejecidos y atender los sistemas rurales de carreteras. En cuanto a transporte colectivo, el NCPWI sugirió incluir estos servicios en planificación de los usos de terreno y en los planes de transporte a largo plazo, así como mejorar el mantenimiento de los sistemas, particularmente en las ciudades más antiguas. IMPACTO DE LA CONGESTIÓN El principal efecto del aumento en la demanda por mayor movilidad se observa directamente con el fenómeno de la congestión vehicular en los sistemas urbanos y suburbanos. La congestión se manifiesta de manera recurrente en las carreteras en donde la demanda excede la capacidad física de la vía, mientras otros factores no recurrentes añaden incertidumbre como el clima, los incidentes o choques de vehículos de motor, las zonas de construcción temporeras y los eventos especiales, entre otros (Cambridge y TTI, 2005). Según Reed (2020), la velocidad del tráfico, las tasas de Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 212

congestión y el tiempo perdido aumentan con la población y la densidad de una ciudad. Las cinco ciudades en el mundo con mayor índice de congestión vehicular en el 2019 fueron Bogotá, Río de Janeiro, Ciudad de México, Sao Paulo y Estambul. En promedio, estas ciudades experimentaron una pérdida de 169 horas (7 días) al año por la congestión (Reed, 2020). Esto no debe sorprender debido a que estas áreas metropolitanas tienen poblaciones estimadas entre 11 a 22 millones de habitantes. Las ciudades de Boston, Chicago, Filadelfia, Nueva York, el Distrito de Columbia y Los Ángeles tienen el peor desempeño por congestión en los EE. UU. con un rango de 149 a 103 horas perdidas al año (Reed, 2020). Nuevamente, la relación de los niveles de congestión con la población es obvia, con valores entre 5 a 19 millones de habitantes en dichas ciudades. En Puerto Rico, el Área Metropolitana de San Juan, con 2 millones de habitantes, ocupa la posición #25 de mayor congestión en los EE. UU. con 46 horas perdidas al año. Schrank et al. (2019) indica que el problema nacional de la congestión ha ido empeorando consistentemente entre los años 1982 y 2017, con un aumento de 177% en la demora promedio. La congestión también afecta significativamente el movimiento de bienes aumentando los costos de operación y reduciendo la productividad de los servicios de carga. Schrank et al. (2019) indica que el costo por congestión en el sector de la carga mediante camiones aumentó de $15 billones en el 1982 a $179 billones en el 2017 por el tiempo operacional adicional y el combustible perdido. La estrategia de promover soluciones que aumentan la capacidad física de las carreteras ha tenido resultados mixtos. Tennoy et al. (2019) explica que el aumento en capacidad de una carretera induce al desarrollo de los terrenos cercanos al corredor “mejorado”, lo que a su vez provoca un aumento en tráfico y viajes de mayor longitud por la dispersión de los usos, revocando la mejoría inicial en desempeño. La investigación acerca de la reducción de la congestión vehicular debe enfocarse hacia la identificación de innovaciones y avances tecnológicos de carácter multimodal que optimicen la eficiencia y la confiabilidad de los viajes para los usuarios de todos los sistemas de transporte. Teniendo esta meta en mente, en el 2019 se estableció el Instituto Nacional de Reducción de la Congestión (NICR) como un Centro Universitario en Transporte mediante una asignación de fondos del Departamento de Transportación de los EE.UU. NICR es integrado por la Universidad del Sur de la Florida (institución líder), la Universidad de California en Berkeley, la Universidad de Texas A&M y la Universidad de Puerto Rico-Mayagüez (UPRM). Los investigadores de NICR tienen la visión y el peritaje amplio en investigación para el desarrollo de teorías y metodologías para análisis y optimización de los sistemas de transporte. NICR ha desarrollado un programa de educación, investigación y transferencia de tecnología basado en los cuatro pilares, según mostrados en la Figura 2. Figura 2: Pilares de NICR. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 213

El equipo de NICR en el RUM lleva a cabo cuatro proyectos de investigación durante el primer año del consorcio que se enfocan en evaluar la efectividad de estrategias de precio por congestión (“congestion pricing”) en carriles administrados en autopistas, la utilización de aeronaves no tripuladas (“drones”) para el monitoreo del tráfico en autopistas, el análisis de equidad y accesibilidad de servicios de micromovilidad por motonetas eléctricas y la implantación de una plataforma de código abierto para brindar información a los usuarios de los servicios de transporte colectivo. IMPACTO EN LA SEGURIDAD VIAL Las muertes causadas por los choques de vehículos de motor en las carreteras es otro problema apremiante a nivel mundial con consecuencias funestas. Los niveles de fatalidades y heridos alcanzan proporciones alarmantes con estimados anuales de 1.35 millones de muertes y 50 millones de heridos en el mundo (WHO, 2018). La Figura 3 muestra los estimados del WHO de las fatalidades anuales en carreteras por país. Países mostrados en azul tienen 1,000 fatalidades o menos. Figura 3: Estimado de fatalidades en carreteras. La distribución global muestra una relación con la cantidad de fatalidades y el nivel económico del país. A pesar de contar con solo el 1% de la flota de vehículos de motor, los países de menor nivel económico tuvieron el 13% de las muertes (WHO, 2018). Con el fin de reducir las muertes en las carreteras a nivel mundial, las Naciones Unidas establecieron la Década de Acción para la Seguridad Vial en el 2010. Aunque la meta de reducir las muertes a la mitad no será alcanzada, se han tenido resultados positivos con el establecimiento de nueva legislación, estándares de vehículos más rigurosos y mejorías en el acceso a servicios médicos luego de un choque (WHO, 2018). En noviembre de 2017, la Asamblea de las Naciones Unidas estableció doce metas de desempeño voluntarias como mecanismo para mejorar la seguridad vial. La Figura 4 muestra algunas de las estrategias de la ONU. Estas metas voluntarias de seguridad se añaden a las previamente establecidas en el 2015 en la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible, que busca proveer acceso a sistemas de transporte seguro, accesible, económico y sostenible para todos, mejorar la seguridad vial, expandiendo el transporte colectivo y dar atención especial a los usuarios vulnerables. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 214

Los adelantos tecnológicos en los nuevos vehículos de motor incluyen sensores avanzados y avances en inteligencia artificial en los sistemas de computadora que permiten un mayor grado de seguridad asistiendo al conductor humano o hasta controlando la velocidad o posición del vehículo. El desarrollo y las pruebas de estas tecnologías nos dirige hacia un posible futuro cercano con un grado parcial o total de automatización. Se estima que para el año 2040 la flota de vehículos tenga de un 20 a un 40% de vehículos con automatización de nivel 4 (alto) o 5 (total). Los impactos esperados por la automatización son múltiples y variados. El mayor beneficio esperado es la reducción significativa de muertes en las carreteras por la eliminación de los errores cometidos por los conductores humanos. Otros impactos anticipados son los cambios en los patrones individuales de viaje (mayor cantidad de viajes locales en millas recorridas) y la transformación de la ciudad (menos carriles y estacionamientos, más espacios para abordaje en la calle, disponibilidad de espacio para bicicletas y peatones). Al momento, miles de vehículos autónomos son probados en carreteras por con el ánimo de perfeccionar la tecnología. Es importante estudiar como las leyes y las regulaciones en la operación de carreteras, así como las prácticas de diseño y mantenimiento de estas, se ajustarán por la entrada en mayor escala de los vehículos autónomos. El estudio también debe enfocarse en los factores humanos de comunicación y reacción de peatones, ciclistas y otros usuarios vulnerables. Figura 4: Metas de seguridad vial de la ONU. OTRAS INNOVACIONES EN LA TRANSPORTACIÓN En los pasados 25 años se ha observado la implantación o desarrollo de otras tantas nuevas tecnologías e innovaciones que han servido para atender asuntos apremiantes en el transporte a nivel mundial. En términos de los vehículos de motor, hemos visto el resurgimiento de los motores con propulsión eléctrica o híbrida gracias a los desarrollos y el mejor desempeño de los sistemas de batería, mejorando la eficiencia en el consumo de combustible y reduciendo las emisiones de gases. La venta de vehículos eléctricos a nivel mundial llegó a las 2.1 millones de unidades en el 2019 (IEA, 2020). Para el 2010, la flota mundial de vehículos eléctricos era de solo 17,000 unidades, mientras que al 2019 alcanzaba 7.2 millones de unidades, con el 47% de los vehículos adquiridos en China. En término de nuevos servicios, la llegada y el súbito crecimiento de las compañías de redes de transporte (TNC) cerca del año 2010 revolucionó el ofrecimiento de la movilidad compartida en las zonas urbanas. Actualmente, existen servicios de TNC en más de 500 ciudades en el mundo. Los TNC no han estado exentos de controversias ante la falta de legislación o regulación, la contratación de los conductores, o el impacto negativo hacia los modos competidores como taxis y transporte colectivo. No obstante, el atractivo hacia los usuarios por su alta disponibilidad y menor costo relativo en muchos mercados ha sido irrefutable. El impacto en la congestión de los TNC es mixto, porque el modelo operacional de estos servicios tiende a aumentar la cantidad de millas recorridas y a sustituir viajes que hayan sido realizados en transporte colectivo, a pie, en bicicleta o no se hubieran realizado (Erhardt et al. 2019). Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 215

Otra nueva modalidad de movilidad ha surgido en los pasados 10 años con los servicios compartidos de micro movilidad mediante la renta de bicicletas (con y sin estaciones) y motonetas eléctricas (e-scooters). En tan solo 8 años, el crecimiento en viajes completados en estos servicios en los EE.UU. ha sido acelerado, desde 321 mil en el 2010 hasta 84 millones en el 2018 (NACTO, 2018). En el 2019 existían sobre 350 servicios compartidos de micro movilidad en más de 200 ciudades de los EE.UU. El establecimiento de las e-scooters ha generado controversia principalmente por la falta de regulación y la conducta de los usuarios. El impacto en la movilidad de los jóvenes en áreas urbanas ha sido positivo, motivando su uso para viajes cortos dentro de la ciudad. Un estudio preliminar del servicio de e-scooters en la ciudad de Mayagüez en Puerto Rico demostró su potencial de reemplazar con e-scooters hasta el 28% de viajes cortos en vehículos de motor dentro de la ciudad hechos por universitarios. Los mayores retos de estos servicios compartidos son la inequidad por su costo, el uso de los vehículos en las aceras, el bloqueo de entradas a edificios o rampas por el estacionamiento inadecuado de los vehículos y el riesgo de seguridad por caídas o choques con vehículos de motor y otros usuarios. La Junta de Investigación de Transporte de los EE.UU. (TRB, 2019) ha traído a la discusión nacional doce asuntos apremiantes que son necesarios atender en los sistemas de transporte en los próximos 10 años. Entre los asuntos se incluyen la revolución de nuevas tecnologías y servicios, el crecimiento y las necesidades de mega regiones, la identificación de fuentes de energía y la sostenibilidad, la resiliencia ante los cambios en el clima, la vigilancia ante ataques a la infraestructura, la evaluación del desempeño, la pérdida de vidas y la seguridad vial, promoción de la equidad y accesibilidad de todos los usuarios, formar un mejor sistema de gobernanza y financiamiento, fomentar el desarrollo profesional de nuevos líderes y el desarrollo de la investigación. Las universidades deben jugar un papel esencial en la discusión de todas estas ideas, en el estudio de los problemas y en la búsqueda de soluciones e innovaciones en el transporte. EL FACTOR HUMANO EN LA SEGURIDAD VIAL La investigación en factores humanos relacionados con la seguridad vial se continúa desarrollando en varias líneas. En términos de la automatización de los vehículos, se estudia la interacción con los usuarios del sistema vial dentro y fuera del vehículo. Para el mediano y corto plazo, se estudia la aceptación de las tecnologías de automatización que se han incorporado a los vehículos en un segmento del mercado y la interacción con los vehículos que no han incorporado tecnologías de automatización. Además, se estudia cómo los usuarios de los sistemas viales, incluyendo conductores de automóviles y otros vehículos, ciclistas, peatones y otros modos alternos, continúan contribuyendo significativamente a los choques, muertes y heridos en las carreteras. En varios estudios, se atribuye al factor humano más del 90% de los choques. Por lo tanto, se continúa estudiando la incidencia del factor humano en la seguridad vial en las condiciones actuales y su relación con lo que se espera de la automatización en el futuro que incluye las interacciones de los vehículos autónomos con los usuarios y los modelos mentales que inciden en la interacción con las nuevas tecnologías. Todos los elementos que inciden en la operación de los sistemas de transportación se ven involucrados en los choques y las subsiguientes muertes o heridas graves. En algunos casos es la infraestructura vial que no tiene un mantenimiento adecuado; en otros casos, son los vehículos que presentan fallas. Pero la condición de la infraestructura y de los vehículos están bajo el control de los operadores y en algunos países se han ido mejorando sustancialmente sus condiciones y se ha ido disminuyendo su contribución en los choques. Por lo tanto, nos queda el estudio de todo lo relacionado con el factor humano para mejorar la seguridad vial. La Administración Nacional de Seguridad en el Tráfico (NHTSA, 2020) define el estudio de los factores humanos como la aplicación del conocimiento acerca de las características de los seres humanos, incluyendo sus habilidades y limitaciones, para el diseño de equipos, tareas, y trabajos. Estas características de los seres humanos han sido consideradas en múltiples estudios y constituyen la base fundamental de los manuales de diseño tales como las políticas de diseño geométrico (AASHTO, 2018) o el Manual de Dispositivos Uniformes para el Control del Tránsito (MUTCD, 2012). Es evidente que una característica de los seres humanos que requiere especial atención por su importancia para conducir un vehículo es la visión. Es necesario considerar no solamente la agudeza visual estática sino también otras características de la visión que son muy importantes para conducir adecuadamente como son la agudeza visual dinámica, la percepción de profundidad, el movimiento angular, sensibilidad a los destellos, sensibilidad al contraste y campo visual, entre otras. Además de los factores físicos, existen factores cognitivos que son importantes para la conducción como son las habilidades visuo-espaciales para anticipar conflictos, la capacidad Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 216

de cambiar rápidamente el foco de atención, la capacidad de mantenerse alerta y vigilante, la atención selectiva para discriminar los aspectos más importantes dentro del ambiente del conductor y los procesos relacionados con las funciones ejecutivas del cerebro y la memoria de largo plazo, entre otras. Finalmente, se deben considerar también los cambios en la condición física de las personas con la edad que pueden contribuir a generar limitaciones en los movimientos que contribuyen a cometer errores al conducir. Por ejemplo, limitaciones al girar la cabeza de un lado a otro rápidamente en situaciones complejas, reaccionar a cambios repentinos en el flujo realizando maniobras rápidas y precisas, o limitaciones físicas por efecto de lesiones. La actividad de conducir requiere que el conductor reaccione rápidamente en algunas circunstancias de la operación para evitar choques. Además de considerar las características físicas, el campo de los factores humanos considera otros aspectos y situaciones que pueden crear situaciones de riesgo al conducir. Temas como la experiencia y la familiarización con distintos ambientes y situaciones son críticos por ejemplo para conductores adolescentes novicios. Los cambios que ocurren en las condiciones físicas en la vejez afectan a conductores de edad avanzada. Las emociones fuertes y su manejo también inciden en la seguridad al conducir. Las distracciones como el uso del celular para recibir o enviar mensajes de texto, el uso de aplicaciones de GPS o en algunas ocasiones buscar información en la internet o ver videos mientras se conduce y un sinnúmero de posibles distracciones adicionales quitan la atención de la vía y el medio ambiente del sistema vial, generando riesgos potenciales que ocasionan choques. Conducir bajo la influencia de alcohol o sustancias controladas, generan cambios en las condiciones y características físicas de los conductores, y se convierten en situaciones críticas que también generan choques. Por lo tanto, el tema de los factores humanos en la seguridad vial es uno sumamente amplio y su conocimiento, consideración y la generación de acciones correctivas son clave para mejorar la seguridad vial. En las secciones subsiguientes, se presentan los resultados de varios estudios realizados en la Universidad de Puerto Rico en Mayagüez, en los cuales se ha estudiado el factor humano y su relación con varios elementos de los sistemas viales. Considerando los elementos planteados para el estudio de los factores humanos en la seguridad vial, desde el año 2013 se estableció el Centro Universitario en Transporte bajo el nombre de Investigación en Seguridad Utilizando Simulación (“Safety Research Using Simulation, o SAFER-SIM”) mediante una asignación de fondos del Departamento de Transportación de los EE.UU. Los investigadores de SAFER-SIM pertenecen a cinco universidades, la Universidad de Iowa (institución líder), la Universidad de Massachusetts en Amherst, la Universidad de Wisconsin en Madison, la Universidad de la Florida Central y el Recinto Universitario de Mayagüez (RUM) de la Universidad de Puerto Rico. Los investigadores de SAFERSIM tienen la visión y el liderazgo internacional en el uso de tecnologías de simulación de punta para atacar los problemas de seguridad en los sistemas de transporte. El enfoque de este centro es multidisciplinario y multicampus y consiste en utilizar los más recientes avances en simulación con interacción humana (“human-in-the-loop o HITL”) para estudiar el comportamiento de los conductores, peatones, ciclistas, y en general todos los modos y sus interacciones en los sistemas viales, para reducir la frecuencia e intensidad de los choques y mejorar la seguridad vial. La Universidad de Iowa es la sede del Simulador de Conducción Avanzado Nacional (“National Advanced Driving Simulator o NADS”) y tiene un complejo de simuladores de conducción, simuladores de peatones, simuladores de ciclistas y otros simuladores en varios laboratorios para el estudio de factores humanos. Además, todas las universidades del consorcio tienen laboratorios con simuladores de conducción y de microsimulación. SAFER-SIM ha desarrollado un programa de investigación, educación y transferencia de tecnología aplicando técnicas de simulación a una gama amplia de problemas de seguridad vial con base en cinco áreas temáticas que incluye tecnología de vehículos conectados, diseño de infraestructura vial, usuarios vulnerables del sistema vial, tecnología de simulación distribuida y tecnología de vehículos automatizados. El equipo de SAFER-SIM en el RUM ha llevado a cabo múltiples proyectos utilizando el simulador de conducción del RUM, el simulador de Realidad Virtual (VR) y simuladores de conducción de otras universidades de SAFER-SIM mediante el desarrollo de proyectos colaborativos. SEGURIDAD VIAL Y SIMULACIÓN CON INTERACCIÓN DE SUJETOS HUMANOS EN LA INVESTIGACIÓN EN EL RUM Considerando que los proyectos de simulación HITL son de tipo experimental, la metodología de investigación utilizada sigue los pasos típicos de este tipo de estudios que incluye desde identificación de problemas hasta llegar a las conclusiones y recomendaciones, pasando por el desarrollo de los escenarios experimentales y el análisis de los datos obtenidos (Valdés et al, 2017). Las contribuciones del equipo de investigación de SAFER-SIM en el RUM en Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 217

cuanto a la metodología de la investigación en proyectos de simulación HITL incluye el desarrollo de encuestas a conductores como parte de la definición de los escenarios utilizados para la simulación, la creación de programas para reducir los datos y crear una base de datos manejable (dado que el simulador guarda los datos de 32 variables cada 0.02 segundos generando archivos de gran tamaño) y la introducción en el análisis de nuevas variables dependientes como el ruido de aceleración (desviación estándar de la aceleración) considerando que es un indicador de la frecuencia de choques de acuerdo con investigaciones recientes (Boonsiripant, 2009). Cuatro proyectos emblemáticos e innovadores relacionados a la transportación que lleva a cabo la Universidad de Puerto Rico en Mayagüez con el simulador de conducción en donde se están evaluando tecnologías innovadoras en el área de la transportación son la evaluación del comportamiento de peatones en zonas urbanas, el comportamiento de conductores en zonas de construcción y el efecto del uso del GPS, el análisis operacional y seguridad del carril dinámico con peaje (DTL) y el desempeño y comportamiento de conductores en el primer Intercambio en Diamante Divergente (DDI) de Puerto Rico. En estos proyectos se utiliza el simulador de conducción de la UPRM, que se ilustra en las Figuras 5 y 6. Figura 5: Simulador de conducción de cabina en la UPRM. Figura 6: Imagen del simulador de conducción en el escenario del DDI. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 218

Además de los proyectos mencionados, el grupo de investigación de SAFER-SIM en el RUM ha llevado a cabo múltiples proyectos de simulación que incluyen la evaluación de configuraciones de señalización y marcado de pavimento en plazas de peaje al igual que en un carril de peaje dinámico que combina otras opciones de manejo de congestión. Además, se ha trabajado en proyectos con simulación de Realidad Virtual (VR) para estudiar la seguridad de los peatones realizando cruces en segmentos de vía de un carril y de dos carriles. Actualmente trabajamos en proyectos relacionados con el impacto de la conducción con varios niveles de concentración de alcohol en sangre (BAC), el desarrollo de estrategias de adiestramiento para conducir correctamente en un DDI, , el análisis del comportamiento de los peatones para cruzar las vías en forma segura con ayuda de dispositivos electrónicos conectados con la infraestructura y los vehículos, y la creación de empatía con las condiciones de los trabajadores en zonas de construcción como medida para crear conciencia de las situaciones de riesgo que generan los conductores que no siguen las regulaciones especiales en este tipo de situación. A continuación, se presentan los hallazgos principales de los estudios que el equipo de SAFER-SIM UPRM ha llevado a cabo. En el estudio de las plazas de peaje, se encontró de suma importancia actualizar la señalización relacionada con la zona de aproximación a la plaza de peaje cuando se realizan cambios para introducir sistemas electrónicos de cobro de peaje. En este estudio se evaluaron varias opciones de señalización y se encontró que es importante identificar apropiadamente el uso de cada uno de los carriles en la zona de aproximación a la plaza de peaje mediante estructuras de señalización elevada sobre la vía (Valdés et al, 2015). Este fue el primer estudio en el ámbito de la simulación de conducción que incluyó una plaza de peaje como elemento clave de la simulación. Otras instituciones dentro del consorcio SAFER-SIM trabajaron también proyectos de simulación con plazas de peaje como parte de un proyecto colaborativo obteniendo resultados similares en los que se recomendaron cambios al uso de carriles en la plaza de peaje, con base en los resultados de la microsimulación y la simulación de conducción (Valdés et al, 2017b). Otros estudios relacionados con sistemas de peaje se realizaron para estudiar un carril de peaje dinámico (DTL) en la Autopista PR-22 que da acceso al Área Metropolitana de San Juan (AMSJ) desde el área noroeste de Puerto Rico. El DTL consiste en una vía de 2 carriles en el centro de la autopista que opera como un carril gerenciado, que además de cobrar un peaje dinámico que varía dependiendo del nivel de congestión en los carriles de uso general de la autopista, incorpora un sistema expreso de autobuses (BRT) y funciona como una vía reversible que en la mañana da acceso hacia el centro de San Juan y en la tarde salida desde San Juan hacia el área noroeste de Puerto Rico (Colucci, 2015). En los estudios con el simulador de conducción se observaron dos situaciones principales. La primera, verificar el comportamiento de los conductores si se aumenta el límite de velocidad por encima de 45 mph en el DTL dado que la velocidad máxima de los carriles generales de la autopista es de 55 mph. La segunda es que la salida de este carril para los automóviles es hacia la izquierda mientras que para el BRT es hacia la derecha, pero el uso y costumbre de los conductores de automóvil es salir de la autopista por rampas hacia la derecha y la señalización aparentemente se presta a confusión. Los resultados de estos estudios permitieron establecer que la velocidad límite se podría aumentar a 55 mph en el DTL de acuerdo con las condiciones operacionales de esta instalación (Ruiz et al, 2018). Luego de un proceso de doble experimentación en la simulación y encuestas realizadas a los conductores potenciales del DTL, se llegó a una alternativa de diseño de la señalización horizontal y vertical que aclara de forma positiva la información que se provee a los conductores y contribuye a que tomen la salida correcta (Ruiz et al, 2017). Un segundo tema de estudio con el simulador de conducción es la distracción por el uso de aplicaciones de GPS en el celular mientras se conduce en zonas de construcción. Analizando la situación que se presenta en una zona de construcción de autopista donde se cierra un carril que obstruye una rampa de salida, se encontró que el 17% de los conductores siguiendo las indicaciones de un GPS invadieron la zona de trabajo para utilizar la rampa de salida, mientras que el 8% de los que no tenían la distracción del GPS invadieron la zona de trabajo (Valdés et al, 2019a). Otro estudio analizó el cierre temporero de un carril por una zona de construcción en una carretera de dos carriles considerando también la posible distracción con el GPS. En este caso, el 25% de los conductores con GPS invadieron la zona de construcción en comparación con 17% de los conductores sin GPS (Valdés et al, 2020a). Además de mostrar que el GPS induce a un número mayor de conductores a realizar maniobras riesgosas e indebidas penetrando en el área de trabajo de una zona de construcción, los estudios demuestran que los proveedores de información mediante Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 219

GPS requieren conocer de antemano la ubicación y duración de las zonas de trabajo en las carreteras para darle información actualizada a sus usuarios. Estos resultados crean la necesidad de modificar la legislación para restringir el uso de distractores permitidos (como las aplicaciones de GPS en el celular) cuando se transita por una zona de construcción (Valdés et al, 2019b). Otro tema de estudio con el simulador de conducción ha sido la seguridad en zonas escolares y sus alrededores. Uno de los comportamientos críticos de los conductores es el exceso de velocidad con respecto a la velocidad rotulada en zonas escolares creando situaciones de riesgo que tienen el potencial de aumentar la severidad de los choques. En estos estudios se encontró que la señalización juega un rol importante en el cumplimiento con los límites de velocidad. Se diseñaron letreros elevados sobre la vía con luces intermitentes señalando el límite de velocidad en la zona lo cual se combinó con mejoras en el marcado de pavimento generando una reducción en la velocidad de operación promedio en el 71% de las situaciones estudiadas. También se observó una disminución en el ruido de aceleración lo que se asocia a una reducción en el potencial de choques (Colón-Torres et al, 2020). Este estudio se realizó también en el simulador de conducción de UMass con sujetos de investigación no familiarizados con el idioma español utilizado en los letreros, para estudiar el impacto que la señalización puede tener para los turistas que no están completamente familiarizados con el ambiente del sistema vial. Se observó que los conductores no familiarizados tenían mayor precaución y reducían la velocidad en presencia de peatones en la zona escolar, pero la reducción en la velocidad promedio (en el 33% de los casos) no fue tan alta como en el caso de los conductores familiarizados con la vía (Valdés et al, 2019c). Este tema se estudió también en forma colaborativa con el equipo de investigación de UCF que llevó a cabo un estudio de microsimulación de varias alternativas de señalización. Como resultado obtuvieron que una estrategia de reducción de la velocidad rotulada en dos pasos (“two-step”) fue la de mejores resultados (Rahman, et al, 2019). Esta estrategia se estudió en el simulador de conducción del RUM a la par con otras estrategias adicionales. Se encontraron resultados similares para las estrategias de reducción en dos pasos y letreros elevados con luces intermitentes. Además, se encontró que estas estrategias se pueden suplementar con sistemas automatizados de asistencia a los conductores (ADAS) como un sistema de monitoreo de la velocidad mediante un dispositivo dentro del vehículo que le indica al conductor que está guiando a exceso de velocidad (Valdés, et al, 2020b). Como parte de los estudios en los alrededores de zonas escolares, se llevó a cabo un estudio para evaluar el impacto de ubicar un letrero elevado sobre la carretera con luces intermitentes para anunciar que en el segmento los peatones cruzan a la mitad del bloque sin tener paso peatonal demarcado (Figueroa-Medina, et al, 2020). Este estudio permitió desarrollar un procedimiento de análisis innovador en el que simultáneamente se representan gráficamente las trayectorias del conductor y el peatón que cruza la carretera en frente de él (coordenadas X, Y) según se muestra en la Figura 7. El vehículo avanza de derecha a izquierda y el peatón del borde derecho de la carretera hacia la mediana. La línea que representa al vehículo, muestra segunda a segundo (del seg. 1 al seg.10) la trayectoria a lo largo de una vía de tres carriles por dirección transitando por el carril central hasta el segundo ocho (8) cuando se encuentra con el peatón y cambia de carril luego de haber reducido su velocidad. El perfil de velocidad se representa por la línea continua que hace referencia al eje de la derecha de la figura. Además, el conductor hace una maniobra evasiva cambiando su posición hacia el carril de la derecha. Esta representación gráfica hace evidente en forma simultánea la reacción del conductor mediante una maniobra evasiva y reducción de velocidad. Haciendo un análisis del comportamiento de todos los conductores y todos los escenarios de simulación del estudio, se encontró evidencia que indica que la mayoría de los conductores ajustaron su comportamiento reduciendo la velocidad en lugar de evadir el peatón. Además, se encontró que el letrero elevado con luces intermitentes anunciando la presencia de peatones cruzando la vía tuvo un efecto positivo en la disminución de la velocidad promedio. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 220

Figura 7: Posición relativa del peatón y el vehículo en un cruce peatonal no señalizado a mitad del bloque El simulador de conducción también ha sido empleado para generar estrategias de adiestramiento a conductores antes de implementar soluciones innovadoras para que se familiaricen con ellas antes de ser construidas. Se llevó a cabo un estudio para identificar estrategias de entrenamiento de la operación de un carril de giro hacia las dos direcciones en el centro de la vía (“Two Way Left Turn Lane o TWLTL”) [(García et al., 2017)]. Además, en otro trabajo se desarrolló un módulo interactivo para adiestrar a estudiantes de ingeniería acerca de las características de las zonas de construcción en autopistas y la forma correcta de circulación en ellas. (Valdés et al, 2020). En otra investigación, luego de generar una metodología para incorporar el uso del simulador de conducción para el diseño de una intersección innovadora de diamante divergente (DDI), se ha desarrollado un estudio para que el simulador sirva para conocer el comportamiento de los usuarios la primera vez que utilizan este tipo de intersección y una estrategia de adiestramiento para que usuarios potenciales identifiquen la forma correcta de circular en un DDI. Además del simulador de conducción, el equipo de investigación de SAFER-SIM del RUM utiliza la realidad virtual (VR) para llevar a cabo proyectos de simulación en donde se evalúa el comportamiento de los peatones de diferentes grupos de edad y género en un contexto urbano. La Figura 8 presenta el equipo HTC-Vive que se utiliza en estos proyectos para que el sujeto de investigación pueda ver en forma virtual diferentes escenarios de simulación. La información recopilada se analiza con el fin de generar estrategias que permitan mejorar la seguridad de los peatones. La Figura 9 presenta un ejemplo del ambiente virtual que observa el sujeto de investigación en una vía urbana de un carril. En uno de los proyectos con el simulador de realidad virtual se estudió el comportamiento de los peatones, las características de aceptación de brechas y la velocidad de caminata al cruzar una vía de un carril o una vía de dos carriles (Figueroa, et al, 2020). Además, se observó si los peatones alcanzaban a cruzar sin ser chocados por los vehículos virtuales o no. Esta característica se definió como cruce exitoso o no. Se representaron escenarios con dos velocidades de los vehículos, 15 mph y 25 mph, y valores de brechas entre vehículos, fija de 3 seg., fija de 5 seg., aleatoria entre 2 y 5 seg., y aleatoria entre 2 y 8 seg. Los resultados de este estudio indican que dos grupos de edad de Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 221

mujeres entre 18 y 25 años y entre 46 y 65 años, presentaron velocidades de caminata superiores a 6 pies/seg. Los demás grupos de edad tanto de hombres como mujeres tuvieron velocidades de caminata de 3 a 5 pies/seg. Esto ocurrió tanto en los cruces de un carril como en los de dos carriles. En la mayoría de los casos, los peatones cruzaron en forma exitosa las vías. Sin embargo, un caso crítico correspondió a la situación de velocidades de 25 mph y brechas de 3 segundos. En esta situación, un 20.3 % de los cruces no fueron exitosos. Esta línea de investigación continúa explorando el uso de tecnologías de comunicación entre vehículos y peatones para comunicar a los peatones cuando hay una brecha segura para cruzar en forma exitosa. Figura 8: Equipo HTC-Vive usado para el simulador de realidad virtual del RUM. Figura 9: Imagen del simulador virtual en el escenario de cruce de peatones. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 222

Además de los estudios mencionados, se está utilizando el simulador de conducción para estudiar el comportamiento de los conductores bajo los efectos del alcohol y determinar si es realmente seguro conducir con niveles de alcohol en sangre de hasta 0.08%. Luego de haber realizado un estudio preliminar para ratificar el uso de las ecuaciones típicas para identificar cómo aumenta el nivel de alcohol en sangre con diferentes combinaciones de consumo de alcohol, estos resultados se aplicarán para discernir la cantidad de alcohol requerida para que los sujetos de investigación con el simulador alcancen los niveles para los que se van a realizar las pruebas que corresponden al 0.05% y 0.08% de alcohol en sangre. Los resultados de las investigaciones realizadas con los simuladores de la UPRM se han presentado en diversos foros a nivel nacional e internacional. Los resultados están disponibles a través de la página de internet de SAFER- SIM y además, se han presentado a las agencias a cargo de la operación de los sistemas que se han estudiado para generar cambios positivos en los sistemas que redunden en mejoras a la seguridad vial. INICIATIVAS INNOVADORAS DE EDC Y STIC EN PUERTO RICO El Centro de Transferencia de Tecnología en Transportación de Puerto Rico (T2), adscrito a la Universidad de Puerto Rico, Recinto de Mayagüez, provee adiestramiento y capacitación en todo lo relacionado a la infraestructura de transportación con énfasis a la seguridad a través de la iniciativa Cada Día Cuenta (EDC) de la Administración Federal de Carreteras del Departamento de Transportación de los Estados Unidos. El Centro, además, es miembro del Concilio de Innovación en el Transporte a nivel Estatal, denominado STIC por sus siglas en inglés. En la Figura 10, se muestran los cuatro pilares de EDC, a saber, Innovación, Ingenio, Invención e Imaginación, y su relación al Concilio de Innovación en la Transportación a Nivel Estatal. Figura 10: Pilares de la Iniciativa Cada Día Cuenta (EDC) y el Concilio de Innovación en el Transporte a nivel Estatal (STIC). El Centro, mediante contrato suscrito con la Autoridad de Carreteras y Transportación (ACT) del Departamento de Transportación y Obras Públicas de Puerto Rico (DTOP), está a cargo de la coordinación, supervisión técnica y capacitación en las estrategias de EDC que el Gobierno de Puerto Rico está considerando su implantación plena. Las estrategias de EDC que selecciona el Gobierno de Puerto Rico a través de ACT, desde el 2011 fueron seleccionadas en una de las siguientes tres etapas: desarrollo, demostración o implantación. El modelo EDC-FHWA se coordina con las agencias de transportación estatal, local y con las partes interesadas de la industria para identificar una serie de innovaciones a ser adoptadas cada dos (2) años. Los beneficios principales al implantar estas innovaciones relacionadas a la transportación en Puerto Rico son ahorro de tiempo, dinero y recursos a los Departamentos de Transporte que pueden ser utilizados para acelerar la entrega de más proyectos a través de todo Puerto Rico. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 223

A continuación, se presentan innovaciones representativas de EDC que se han implantado con éxito en Puerto Rico durante los últimos diez (10) años. Estas historias exitosas de la implantación de EDC en Puerto Rico han sido documentadas a nivel latinoamericano en la Revista LACCEI Innovación (Colucci, et al 2020), la Revista bilingüe El Puente y disponible a través de www.prltap.org (Colucci, et al 2011); (El Puente, 2012). HISTORIAS DE IMPACTO Y ÉXITO DE INICIATIVAS SELECCIONADAS DE EDC Y STIC Asfalto de mezcla tibia, WMA, (EDC Ronda 1): La tecnología del asfalto de mezcla tibia (WMA) reduce la temperatura necesaria para este proceso. En Puerto Rico, la preservación y el mantenimiento de la superficie del pavimento es importante en términos de seguridad y manejabilidad. La ACT anualmente desarrolla proyectos de rehabilitación de pavimentos y WMA es uno de los procedimientos aceptados. Esta mezcla facilita la compactación; se puede lograr un ahorro de costos al reducir el tiempo y la mano de obra dedicados a su compactación. Además, la menor temperatura de la WMA permite distancias más largas durante el acarreo reduciendo la exposición a emisiones derivadas de combustible, humos y olores. (a) (b) Figura 11: Observación de mezclas asfálticas producidas en Puerto Rico (a) mezcla asfáltica caliente (HMA) vs. (b) mezcla asfáltica tibia (WMA). Manejo Nacional de Incidentes (TIM) entrenamiento a los respondedores (EDC Ronda 2): Cada Estado o territorio evalúa sus estrategias en cuanto a la forma de responder de manera oportuna y con eficacia a los incidentes viales para evitar choques secundarios, reducir la congestión y eliminar los peligros en el sistema de carreteras. Con el fin de ayudar a los Estados y sus territorios en esta misión, la FHWA ofreció los primeros programas nacionales de entrenamiento de respuesta TIM en Puerto Rico y las Islas Vírgenes Estadounidenses en junio de 2013 [9]. Este programa de entrenamiento ayudó a los DOT y a los primeros respondedores a enfocarse en la seguridad, la rápida autorización y a mejorar la comunicación en las escenas de incidentes de tráfico. Un segundo programa de entrenamiento para respondedores del TIM se llevó a cabo en Puerto Rico en marzo de 2016. Estos programas de capacitación del TIM eran esencialmente cursos de formación de instructores con el objetivo de proporcionar las herramientas de gestión de incidentes necesarias a todos los equipos de primera respuesta en Puerto Rico y las Islas Vírgenes Estadounidenses. Hasta diciembre de 2019, más de 8,000 (65%) primeros respondedores han sido entrenados con el Curso Nacional de Respuesta TIM [1]. El Centro de Administración de Transporte de Puerto Rico (TMC) inaugurado en el otoño de 2019 [10], mejoró la respuesta del TIM. El TMC con patrullas de seguridad en las carreteras y Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS) en los corredores primarios del Sistema Nacional de Carreteras (NHS) ayudará a crear conciencia y promover una cultura de seguridad con tecnología innovadora para detectar incidentes de tráfico y tomar medidas en tiempo real con la ayuda de los primeros respondedores para salvar vidas. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 224

Figura 12: Centro de Manejo de Tránsito de Puerto Rico. Construcción Acelerada de Puentes, ABC (EDC Ronda 2): La construcción y rehabilitación de puentes se asocia en muchos casos a retrasos en la operación del tráfico en el sistema de carreteras, dependiendo del alcance de los trabajos y de la ubicación. La Construcción Acelerada de Puentes (ABC por sus siglas en inglés) es una innovación de la EDC que reduce el tiempo de construcción y el costo de los proyectos del DOT [7]. El Suelo Reforzado Geosintético (GRS) es una tecnología ABC que proporciona estructuras de bajo costo, fuertes y duraderas. Estas nuevas estructuras pueden ser construidas en semanas en lugar de meses debido a la facilidad de construcción y al uso de materiales y equipos fácilmente disponibles. Los puentes 1121 y 1122 en el Municipio de Yauco fueron construidos con la tecnología GRS [6]. Otra tecnología ABC es la de Elementos y Sistemas Prefabricados de Puentes (PBES). Los PBES son componentes de puentes fuera del sitio y luego traídos al lugar del proyecto, listos para ser erigidos. Los resultados con PBES son la seguridad de los trabajadores, menos retrasos en el tráfico y puentes duraderos. En Puerto Rico, un par de puentes en la PR-29 (arteria principal del Municipio de Bayamón) son rehabilitados con esta tecnología [6]. Figura 13: El Suelo Reforzado Geosintético (GRS) completado en los puentes 1121 y 1122 en la carretera PR-2 en Yauco, Puerto Rico. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 225

Transportación segura para cada peatón, STEP (EDC Ronda 5): En Puerto Rico, la seguridad en las vías es una prioridad máxima. Según los datos de choques fatales y el Plan Estratégico de Seguridad Vial de Puerto Rico (SHSP), aproximadamente el 30% de las muertes en las carreteras son peatones. Es importante desarrollar estrategias orientadas a promover un cruce seguro de las carreteras, especialmente en las ubicaciones de los bloqueos intermedios. STEP es una serie de tecnologías que mejorarán la seguridad de los peatones cuando se utilicen en el contexto vial apropiado [1]. La ACT desarrolló la capacitación de STEP con el apoyo de la T2 durante diciembre de 2019 con la participación de profesionales del transporte estatal, local y privado. Ejemplos de contramedidas exitosas de STEP que se han implementado en Puerto Rico incluyen mejoras de visibilidad en los cruces peatonales, cruces peatonales elevados y balizas híbridas para peatones. Agrupación de proyectos (EDC Ronda 5): Desde 2017, Puerto Rico había sufrido el impacto de fenómenos naturales extremos como los huracanes Irma y María, un huracán de categoría 5, inundaciones repentinas, erosiones costeras, más de 70,000 deslizamientos de tierra, un gran terremoto de magnitud 6.4 en la escala de Richter y más de 3,000 réplicas que afectaron negativamente al estado de las carreteras y puentes, el borde de las carreteras y todos sus componentes. Para restablecer el sistema de carreteras a una condición previa y normal, es necesario el desarrollo e implementación de un Programa de Ayuda de Emergencia (ER). Este Programa de ER incluye los sistemas de semáforos, señales de tráfico, puentes, derrumbes y proyectos de caída de rocas [1]. Para mejorar la racionalización de la entrega de proyectos, así como los beneficios de los métodos de contratación alternativos y tradicionales, la ACT tiene un acuerdo con la División de Carreteras Federales del Este para preparar contratos de agrupación de proyectos de ER. La ACT espera que esta innovación les ayude a agilizar la entrega de proyectos, reducir los costos y mejorar la eficiencia de los contratos durante el proceso. CONCLUSIONES Este artículo presenta una visión panorámica de la relevancia de los sistemas de infraestructura de transporte a nivel internacional en el movimiento efectivo, eficiente, seguro y sostenible de todos los usuarios y como contribuye significativamente al desarrollo económico de las ciudades y países para presentes y futuras generaciones. Las herramientas innovadoras que se describieron del programa Cada Día Cuenta, SAFER-SIM y NICR, y la transferencia de conocimiento oportuna de estos hallazgos es vital para salvar vidas, fortalecer el sistema para que sea más eficiente y sostenible, adaptándolo a las nuevas realidades de cambio climático y la nueva norma a raíz del COVID-19. Las investigaciones documentadas en este artículo relacionadas al uso de simuladores de conducción, realidad virtual y sistemas aéreos no tripulados contribuyen al estado del arte conociendo mejor el comportamiento humano en el sistema de transporte existente y proveyendo recomendaciones para mejorar dichos sistemas para que sean más eficientes y seguros, para el beneficio de presentes y futuras generaciones. La transferencia de conocimiento de estas iniciativas innovadoras en el ámbito presencial y virtual, a través de centros de adiestramiento y capacitación en cada país y región, es vital en la próxima década en la transición a la automatización plena de los vehículos autónomos y comerciales para salvar vidas y mejorar la eficiencia de la infraestructura construida. El uso de materiales reciclables, nuevos diseños geométricos tales como el DDI, rotondas, reconfiguraciones geométricas, reducción a nivel internacional el límite de velocidad en zonas urbanas, reducción en la congestión y métodos alternos de transporte, deben basarse en investigaciones que reconozcan la variabilidad del entorno y los usos, costumbres y diversidad de los usuarios, y la equidad de todos estos sistemas es fundamental para alcanzar el balance de movilidad, accesibilidad y equidad de manera sostenible, resiliente y seguro. PRÓXIMOS PASOS Es imperativo en el área de la transportación que las investigaciones incorporen análisis profundos considerando la pertinencia de un desarrollo sostenible, seguro, eficiente y resiliente. Las herramientas innovadoras como el simulador de conducción, la realidad virtual, el uso de drones y otras iniciativas presentadas en el Programa Cada Día Cuenta, son vitales para poder alcanzar un diseño balanceado para atender las necesidades de presentes y futuras generaciones de peatones y usuarios de transporte a nivel local, nacional e internacional. Todos unidos debemos elevar la conciencia para movernos a una cultura de seguridad vial y sostenible para el bien de la humanidad. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 226

AGRADECIMIENTO Los autores agradecen el apoyo del Departamento de Ingeniería civil y agrimensura del RUM de la UPR, de la ACT y la FHWA y del Departamento de Transportación Federal, por auspiciar estos trabajos de investigación. Además, agradecemos el apoyo de los estudiantes subgraduados y graduados que colaboran en estas investigaciones y el apoyo incondicional del Centro de Transferencia de Tecnología en Transportación (PRLTAP-T²) y el Centro de Investigación de Infraestructura Civil (UPRM). REFERENCIAS ASCE. 2017. 2017 Infrastructure Report Card. American Society of Civil Engineers, disponible en https://www.infrastructurereportcard.org/. Bureau of Transportation Statistics. 2020. Transportation Economic Trends. U.S. Department of Transportation, disponible en www.bts.gov/product/transportation-economic-trends. Cambridge Systematics, Inc. y Texas Transportation Institute. 2005. Traffic Congestion and Reliability: Trends and Advanced Strategies for Congestion Mitigation. Federal Highway Administration. Erhardt, G., Roy, S., Cooper, D., Sana, B. Chen, M. y J. Castiglione. 2019. Do Transportation Network Companies Decrease or Increase Congestion? Sciences Advances, Volume 5 No. 5. IEA. 2020. Global EV Outlook: Entering the Decade of Electric Drive? International Energy Agency. Reed, T. 2020. 2019 Global Traffic Scorecard. INRIX Research.. NACTO. 2018. Shared Micromobility in the U.S. National Association of City Transportation Officials. NCPWI. 1988. Fragile Foundations: A Report on America’s Public Works. National Council on Public Works Improvements. Schrank, D., Eisele, B. y T. Lomax. 2019. 2019 Urban Mobility Report. Texas A&M Transportation Institute. Tinnoy, A., Tonnesen, A. y F. Gundersen. 2019. Effects of Urban Road Capacity Expansion – Experiences from Two Norwegian Cases. Transportation Research Part D: Transport and Environment. Volume 69, pp. 90-106. TRB. 2019. Critical Issues in Transportation 2019: Policy Snapshot. Transportation Research Board. WHO. 2018. Global Status Report on Road Safety 2018. World Health Organization. Wagner, I. 2019. Urban Passenger Mobility Demand Worldwide 2050. Statista, disponible en https://www.statista.com/statistics/1013579/urban-passenger-mobility-demand-worldwide/. AASHTO. 2018. A Policy on Geometric Design of Highways and Streets, 7a Edición Boonsiripant, S. 2009. Speed Profile Variation as a Surrogate Measure of Road Safety Based on GPS-Equipped Vehicle Data. Disertación, Georgia Tech, Atlanta, Georgia. Colón-Torres, E., García-Rosario R., Rojas, M., Valdés, D., Figueroa, M., Colucci, B. 2020. Performance Evaluation of Speed Reduction Compliance Strategies in School Zones. Transportation Research Board 99th Annual Meeting. Washington, D.C. Colucci, B. 2015. Dynamic Toll Lane: A Success Story as Part of the Public Private Partnerships in the Commonwealth of Puerto Rico. Proceedings of the 2nd International Conference on Public-Private Partnerships. Austin, Texas. FHWA. 2012. Manual on Uniform Traffic Control Devices (MUTCD) Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 227

Figueroa-Medina, A., Valdés, D., Colucci, B., Rojas, M., Bustillo, A., Cardona, N. 2020. Simulation-Based analysis of Driver Performance when Facing Pedestrian Crossings at Uncontrolled Locations. Transportation Research Board 99th Annual Meeting. Washington, D.C. Figueroa, A., Valdés, D., Colucci, B., Cardona, N., Bustillo, A., Chamorro, A. 2020b. Study of Gap Acceptance and Walking Speeds of Pedestrians Using Virtual Reality Simulation. Final Report. SAFER-SIM UTC. García R., Valdés, D., and Figueroa, A. 2019. Evaluation of the Effectiveness on the Implementation of a Two-Way Left Turn Lane with Educational Material in PR-107 Using a Driving Simulator. Transportation Research Board 98th Annual Meeting. Washington, D.C., National Highway Safety Administration (NHTSA). 2020. Human Factors. U.S. Department of Transportation, disponible en www.nthsa.gov/research-data/human factors. Rahman, M. H., M. Abdel-Aty, J. Lee, and M. S. Rahman. 2019. Enhancing Traffic Safety at School Zones by Operation and Engineering Countermeasures: A Microscopic Simulation Approach. Simulation Modelling Practice and Theory. Vol. 94, 2019, pp. 334–348. Ruiz J., Colucci, B., Valdés, D., Ruiz, B. and Torres, W. 2018. Evaluation of Roadway Geometrics and posted Speed Limits with Random Forest in the PR-22 Dynamic Toll Lane using a Driving Simulator. 2018 International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics. Julio 2018. Ruiz, B., Valdés, D., Colucci, B., Ruiz J., Fisher D., García R., and Colón E.M. 2017. Operational and Safety Analysis of Signage and Pavement Marking Treatments in Puerto Rico Dynamic Toll Lane Using a Driving Simulator. Proceedings of the 8th International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics. Los Angeles, CA, USA. Valdés D., Colucci B., Fisher D., Valdés J., Colón E.M., García R.E., and Rivera J.M. 2015. Operational and Safety- Based Analysis of Toll Plaza Signage using Driving Simulation. Road Safety and Simulation Conference 2015. Orlando, Florida. Valdés, D., Colucci, B., Colón E., García R., Ruiz J., y Ruiz B. 2017. Simuladores de Conducción como Herramienta de Investigación en la Seguridad Vial. XII Congreso Colombiano de Transporte y Tránsito. Bogotá, Colombia. Valdés, D., Colucci, B., Knodler M., Fisher D., Ruiz B., Ruiz J., García R.E., Colón E.M., and Hajiseyedjavadi, F. 2017b. A Comparative Analysis of Toll Plazas Safety Features in Puerto Rico and Massachusetts Using a Driving Simulator. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, No. 2663. Valdés, D., López-del-Puerto, C., Colucci, B., Figueroa, M., García R., Colón, E., Rojas, M. Taveras, Y. and Ramos, I. 2019a. Assessing the Impact of Smartphone Usage While Driving in Highway Work Zones. Transportation Research Board 98th Annual Meeting. Washington, D.C. Valdés, D., Lopez-del-Puerto, C., Colucci, B., Figueroa, A., García R., Colón, E., and Rojas, M. 2019b. Comparative Analysis between Distracted Driving Texting Laws and Driver’s Behavior in Construction Work Zones. Journal of Legal Affairs and Dispute Resolution in Engineering and Construction. ASCE. Atlanta, GA. Valdés, D., Knodler M., Colucci, B., Figueroa A., Rojas, M., Colón E.M., Campbell, N., and Tainter, F. 2019c. Speed Behavior in a Suburban School Zone: A Driving Simulation Study with Familiar and Unfamiliar Drivers from Puerto Rico and Massachusetts. International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics. Valdés, D., López-del-Puerto, C., Colucci, B., Figueroa, A., Concepción, E., Taveras, Y. and Sierra C. 2020a. Driver’s Safety Assessment in Two-Lane Rural Rod Work Zones. Final Report. SAFER-SIM UTC. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 228

Valdés, D., Colucci, B., Figueroa, A., Rojas, M., Taveras, Y. and Sierra C. 2020b. Assessing a Two-Step Posted Speed Reduction as a Potential Countermeasure to Improve Safety in School Zones Using Driving Simulation. Final Report. SAFER-SIM UTC. Valdés, D., López-del-Puerto, C., Colucci, B., Figueroa, A., Sotomayor-Irizarry, R. 2020c. Developing an Educational Module to Increase Engineering Students’ Knowledge of Highway Work Zones and Temporary Traffic Control Plans. American Society of Engineering Education Annual Meeting. Colucci, B., Making Every Day Counts in the Caribbean, El Puente Newsletter, Puerto Rico Transportation Technology Transfer Center, Vol. 25, No. 3, 2011, p. 1. Colucci, B., Successful Stories in Training and Implementation of EDC Initiatives in Puerto Rico, El Puente Newsletter, Puerto Rico Transportation Technology Transfer Center, Vol. 26, No. 1, 2012, pp. 1 ,3-5. Colucci, B., Rivera, J.C., Franco, I., Iniciativas Innovadoras en la Transportación en el Siglo XXI: Cada Día Cuenta (EDC) y Concilio de Innovación en el Transporte a nivel Estatal (STIC), Latin American and Caribbean Consortium of Engineering Institutions (LACCEI) Innovación, Julio 2020, pp.15-19. RESEÑA DE AUTORES B. Colucci-Ríos C atedrático en la Universidad de Puerto Rico-Recinto Universitario de Mayagüez (UPRM), pasado Decano Interino del Colegio de Ingeniería, Director del Centro de Transferencia de Tecnología en Transportación, Gerente del Programa de Becas en Transportación Dwight David Eisenhower, Director de la Cátedra Abertis en Puerto Rico, Investigador de NICR y SAFER-SIM de los Centros Universitarios de Transportación (UTC). Es “Fellow Member” del Instituto de Ingenieros de Transportación (ITE) y la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE). Ingeniero Civil Distinguido del Instituto de Ingenieros Civiles y del Capítulo de Mayagüez del CIAPR, y se le dedicó la 81ra Asamblea Anual. El Dr. Colucci es el Presidente del Comité Panamericano del Sistema de Transporte de la Unión Panamericana de Asociaciones de Ingenieros (UPADI), Pasado Vice- Presidente de UPADI-Región del Caribe, Consorcio Latinoamericano y Caribeño de Instituciones de Ingeniería (LACCEI) – Región del Caribe, y fundador de la Academia Puertorriqueña de Ingeniería. Ha sido profesor y practicante en la transportación y el desarrollo profesional en proyectos nacionales e internacionales de naturaleza interdisciplinaria, incluyendo el Programa de Desarrollo Profesional del Tren Urbano, por más de 4 décadas. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 229

RESEÑA DE AUTORES (CONT.) Catedrático, Director del Centro de Investigación en Infraestructura Civil y Director Asociado del Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura del Recinto Universitario de Mayagüez (RUM) de la Universidad de Puerto Rico e Ingeniero Civil. Tiene grados de BS y MS en Ingeniería Civil del RUM y un Ph.D. en Ingeniería Civil, con concentración en Sistemas de Transporte e Infraestructura, de la Universidad de Purdue. Pasado Presidente y Gerente General de la Autoridad Metropolitana de Autobuses y el primer Director Ejecutivo de la Autoridad de Transporte Integrado de Puerto Rico. Su enfoque de investigación es hacia los efectos en desempeño del diseño geométrico de carreteras, predicción de la seguridad vial objetiva y subjetiva, análisis de la conducta y desempeño de usuarios de carretera usando simulación de conducción y realidad virtual, estrategias de reducción de la congestión y calidad de servicio del transporte colectivo. A. Figueroa- Medina D. Valdés-Díaz Catedrático del Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura de la Universidad de Puerto Rico en Mayagüez (UPRM). Obtuvo su grado doctoral en la Universidad de Texas en Austin. Ha trabajado en actividades de educación, investigación y servicio a la comunidad tanto en la UPRM como en otras instituciones internacionales de educación superior y cuenta con más de 25 años de experiencia nacional e internacional. El Dr. Valdés tiene intereses variados en temas de sistemas de transportación e infraestructura, ha realizado proyectos de investigación patrocinados por múltiples entidades a nivel local y nacional, ha trabajado en puestos administrativos de alto nivel en la UPRM y es actualmente el investigador principal en varios proyectos de gran envergadura auspiciados con fondos externos. El Dr. Valdés se caracteriza por su dedicación a la educación e investigación en ingeniería civil, al igual que a la promoción de las nuevas generaciones de profesionales de ingeniería. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidente e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 230

SISTEMAS DE GESTIÓN DE PAVIMENTOS: PASADO, PRESENTE, Y FUTURO1 Carlos M. Chang2 RESUMEN: La gestión de pavimentos es un proceso de toma de decisiones de vital importancia a nivel internacional para la preservación de la infraestructura vial. La planificación, programación, y ejecución de las actividades de mantenimiento y rehabilitación para preservar la infraestructura vial a un nivel de servicio adecuado demandan una gran inversión de recursos. La disponibilidad de estos recursos, incluyendo las limitaciones presupuestales, y el deterioro progresivo de los pavimentos por la acción de las cargas acumuladas de tráfico y factores medio ambientales crean un complejo problema a resolver durante el proceso de gestión. Las prácticas de gestión de pavimentos tienen por objeto encontrar la mejor estrategia para proveer el nivel de servicio deseado al menor costo. Desde un enfoque más amplio, la gestión de pavimentos involucra todas las fases de planeación, programación, análisis, diseño, construcción, e investigación. Un Sistema de Gestión de Pavimentos (SGP) es una herramienta que ayuda a tomar decisiones costo-efectivas sobre las políticas de mantenimiento y rehabilitación. Los SGP permiten evaluar estrategias alternas y predecir el impacto de las intervenciones de mantenimiento y rehabilitación en el desempeño futuro de la red de pavimentos. El presente artículo técnico describe la evolución de los sistemas de gestión de pavimentos en un esfuerzo para enfrentar el gran reto de preservar la infraestructura vial de manera eficiente y sostenible para brindar un nivel de servicio adecuado para presentes y futuros usuarios. Palabras clave: estrategias de mantenimiento y rehabilitación, sistemas de gestión de pavimentos PAVEMENT MANAGEMENT SYSTEMS: PAST, PRESENT, AND FUTURE ABSTRACT: Pavement management is a decision-making process of vital importance at the international level for the preservation of road infrastructure. The planning, programming, and execution of maintenance and rehabilitation activities to preserve the road infrastructure at an adequate level of service requires a large investment of resources. The availability of these resources, including budgetary constraints, and the progressive deterioration of the pavements due to the action of cumulative traffic loads and environmental factors create a complex problem to be solved during the management process. The purpose of pavement management practices is to find the best strategy to provide the desired level of service. From a broader perspective, pavement management covers all phases of planning, programming, analysis, design, construction, and research. A Pavement Management System (PMS) is a tool that helps agencies make cost-effective decisions about maintenance and rehabilitation policies. PMPs allow evaluating alternative strategies and predicting the impact of maintenance and rehabilitation interventions on the future performance of the pavement network. This technical article describes the evolution of pavement management systems in an effort to face the great challenge of preserving road infrastructure efficiently and sustainable to provide an adequate level of service to present and future users. Keywords: maintenance and rehabilitation strategies, pavement management systems 1 Artículo recibido el 7 de diciembre de 2020 y aceptado para publicación el 14 de diciembre de 2020. 2 Catedrático Asociado, Departamento de Ingeniería Civil y Medio Ambiente, “Florida International University”, Miami, Florida. Email: E-mail: [email protected] Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 231

CONCEPTO E IMPORTANCIA DE LOS SISTEMAS DE GESTIÓN DE PAVIMENTOS La “American Association of State Highway and Transportation Officials” (AASHTO, 1993) define a un Sistema de Gestión de Pavimentos (SGP) como una serie de herramientas o métodos que asisten a quienes toman decisiones a encontrar estrategias óptimas para proporcionar, evaluar, y mantener los pavimentos en condiciones de serviciabilidad durante un período de tiempo. Definir a los SGP como un conjunto de herramientas permite entender el rol que tienen en el proceso de gestión de pavimentos. La gestión de pavimentos es un proceso de toma de decisiones sobre las actividades de mantenimiento y rehabilitación que son necesarias realizar para mantener la red vial de pavimentos a un nivel de servicio adecuado. Los sistemas de gestión de pavimentos (SGP) comprenden a un conjunto de herramientas que asisten en este proceso de toma de decisiones. Los conceptos de gestión de pavimentos brindan un enfoque racional para el desarrollo de estrategias de mantenimiento y rehabilitación costo-efectivas. Las herramientas de los SGP organizan la información referente a la red de pavimentos en forma ordenada, facilitando el almacenamiento, recuperación de datos, y análisis de las estrategias de gestión. Los SGP permiten evaluar el impacto de diversas estrategias de gestión en el desempeño futuro de los pavimentos, identificando los sectores de la red vial que requieren de mantenimiento y/o rehabilitación, y el momento más oportuno para realizar las intervenciones necesarias para proveer un nivel de servicio adecuado con el mínimo de inversión. De esta manera, los SGP brindan la información necesaria para sustentar los presupuestos de conservación de la red de pavimentos. Los componentes de un sistema básico de gestión de pavimentos son mostrados en la Figura 1: base de datos, modelos de desempeño, técnicas de análisis, y herramientas de reporte (FHWA, 1991). Estos componentes desempeñan diferentes funciones en el sistema de gestión que incluyen: ● Almacenamiento del inventario y condición de la red de pavimentos. ● Predicción de las condiciones futuras de la red de pavimentos. ● Identificación de las secciones de pavimento que requieren de mantenimiento o rehabilitación. ● Determinación del presupuesto requerido para realizar los tratamientos de mantenimiento o rehabilitación. ● Asistir en la priorización de proyectos cuando los fondos disponibles son insuficientes para atender las necesidades de mantenimiento y rehabilitación. ● Reportes con los resultados de los análisis. Figura 1: Componentes de un Sistema Básico de Gestión de Pavimentos (Adaptado de FHWA, 1991). Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 232

Las estrategias de gestión de pavimentos comprenden actividades de mantenimiento y rehabilitación. Las actividades de mantenimiento incluyen tratamientos de fisuras, sellos asfálticos, y recubrimientos para preservar el desempeño funcional del pavimento, mientras que las actividades de rehabilitación involucran refuerzos para restaurar la capacidad estructural del pavimento. Algunas actividades de mantenimiento son programadas de manera periódica, como por ejemplo el sello superficial, y pueden programarse con un sistema simplificado de gestión administrativa, pero un análisis integral de toda la red vial de pavimentos requiere la asistencia de un SGP para determinar además de los tipos de tratamiento, el momento más oportuno para aplicarlos. El sistema de gestión administrativa debería interconectarse con el SGP para que ambos sistemas se retroalimenten en la planificación, desarrollo, e implementación de los programas de conservación de pavimentos. Es necesario enfatizar que la red de pavimentos requiere de un mantenimiento constante, puesto que el proceso de deterioro de la condición es continuo y durante toda la vida en servicio, empezando ni bien finalizan las actividades de construcción o rehabilitación. Por este motivo, el mantenimiento preventivo es requerido para preservar la red de pavimentos en buenas condiciones. Los tratamientos de mantenimiento preventivo deben aplicarse temprano en la vida en servicio del pavimento como parte de una política de gestión proactiva. La frase que dice “pague ahora o pague después” se aplica a las actividades de mantenimiento y rehabilitación. Si el pavimento es tratado oportunamente siguiendo un enfoque de gestión preventivo, el costo total del mantenimiento es menor a lo largo de su vida útil. Postergar las intervenciones de mantenimiento hasta que el pavimento requiera de una rehabilitación mayor es más costoso y menos eficiente. ORIGEN Y DESARROLLO INICIAL DE LOS SISTEMAS DE GESTIÓN DE PAVIMENTOS El origen de los SGP se remonta a la década de 1960 con la prueba de carretera AASHO. Los resultados de esta prueba fueron empleados para desarrollar métodos empíricos de diseño de pavimentos basados en conceptos como el Eje Equivalente de Carga (“Equivalent Single Axle Load” o ESAL) para representar los efectos del tráfico en el desempeño estructural, y el Índice de Serviciabilidad Presente (“Present Serviciability Index” o PSI) para el desempeño funcional (AASHO, 1962). La incorporación de los conceptos de serviciabilidad en el diseño permitió introducir un enfoque holístico de gestión y la necesidad de emplear sistemas para optimizar el desempeño del pavimento y reducir los costos de mantenimiento durante la vida útil de los pavimentos. En la década de 1970, los conceptos iniciales sobre gestión de pavimentos se expandieron definiendo los componentes de los SGP. Los primeros SGP utilizaron sistemas informáticos tipo “mainframe” para analizar inversiones. Diversos modelos fueron desarrollados entre los que destacan el Modelo Diseño y Mantenimiento de Carreteras (“Highway Design Model” o HDM) desarrollado para el Banco Mundial por el Massachusetts Institute of Technology (Harral et al., 1979); y el Modelo de Inversión en Transporte por Carretera (“Road Transport Investment Model” - RTIM) desarrollado por el Laboratorio de Investigación de Transporte y Carreteras (“Transport and Road Research Laboratory” o TRRL) en el Reino Unido (Robinson et al, 1975). También se empezaron a desarrollar métodos estándar o protocolos para la evaluación de la condición del pavimento en campo (Smith et al., 1979). En la década de 1980, el Programa Estratégico de Investigación de Carreteras (“Strategic Highway Research Program” - SHRP) impulsó el desarrollo de las herramientas de gestión, y planteó la necesidad de una base de datos para monitorear el desempeño de los pavimentos a largo plazo. En 1985, AASHTO publicó la Guía de Gestión de Pavimentos (AASHTO, 1985), y se inició el programa de Desempeño de Pavimentos a Largo Plazo (“Long-Term Pavement Program” - LTPP). El Índice Internacional de Rugosidad (“International Roughness Index” o IRI) se desarrolló para tener una medida objetiva del desempeño funcional del pavimento en términos de serviciabilidad (Sayers et al, 1986). Los Departamentos de Transporte en los Estados Unidos continuaron con los esfuerzos de implementación de los SGP (Peterson, 1986). Con el desarrollo de las microcomputadoras, los SGP se expandieron a las agencias locales con herramientas como el PAVER desarrollado por la Asociación Estadounidense de Obras Públicas (APWA) (Shahin, 1985), y el MTC-PMS implementado por el “Metropolitan Transportation Commission” en California (MTC, 1986). En esta década también se investigan diferentes técnicas de optimización para la toma de decisiones en la gestión de pavimentos (Feighan et al., 1988). En la década de 1990, el programa de LTPP desarrolló procedimientos para la evaluación de la condición del pavimento en campo que incluyen inspecciones visuales y métodos automatizados para el relevamiento de fallas. AASHTO actualizó la Guía de Gestión de Pavimentos (AASHTO, 1990) y la Administración Federal de Carreteras exigió a los Departamentos de Transportes de los Estados Unidos implantar SGPs al aprobarse en el Congreso de Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 233

los Estados Unidos el Acta de Transporte Eficiente Superficial Intermodal (“Intermodal Surface Transportation Efficiency Act” o ISTEA). EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS DE GESTIÓN DE PAVIMENTO La evolución de los SGP ha comprendido aspectos conceptuales y prácticos al incrementarse gradualmente la capacidad tecnológica para almacenar y procesar gran cantidad de información. Desde los inicios, los SGPs han sido utilizados para identificar las necesidades de mantenimiento y rehabilitación de la red vial de los pavimentos existentes. Sin embargo, el desarrollo de las capacidades de los SGP se ha expandido con los avances en la investigación, planeamiento, programación, análisis, diseño, construcción, mantenimiento, rehabilitación, y reciclado de los pavimentos. En un enfoque más amplio de gestión, los SGP pueden integrarse con otros sistemas para considerar múltiples objetivos en la toma de decisiones estratégicas como seguridad vial, desarrollo económico, equidad social, y protección del medio ambiente. En la década del 2000, los proyectos de investigación contribuyeron a la evolución de las técnicas de recolección y procesamiento de datos de desempeño de los pavimentos, procedimientos de control de calidad para la evaluación de pavimentos, y el desarrollo de nuevas tecnologías y equipos para automatizar el relevamiento de fallas en campo. La incorporación de los indicadores del desempeño estructural para la toma de decisiones a nivel de red fue impulsado con el desarrollo de deflectómetros capaces de registrar deflexiones a velocidades normales de tráfico. En el 2001, AASHTO actualizó la Guía de Gestión de Pavimentos (AASHTO, 2001). Adicionalmente, el desarrollo de Sistemas de Información Geográfica (SIG) como plataformas de integración para la gestión y análisis de escenarios contribuyeron a un avance significativo en la implementación de los SGPs (Flintsch, 2009). En la década del 2010, los conceptos de gestión de pavimentos se expandieron a otros componentes de la infraestructura vial como puentes, en particular con el desarrollo de metodologías para priorizar recursos entre los componentes de la red vial. Entre estas metodologías destacan las de optimización multiobjetivo, las de Proceso de Jerarquía Analítica (“Analytic Hierarchy Process” o AHP) (Adams, 2018), y las de División Justa (“Fair Division”), (Chang et al., 2014). Los indicadores de desempeño de la gestión también se expandieron para incluir rentabilidad, vida remanente, e índices de sostenibilidad para analizar la relación entre los fondos disponibles y las necesidades de inversión con la finalidad de preservar la red de pavimentos al nivel de servicio deseado (Chang, 2017). La Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos publicó también el “Pavement Management Roadmap” describiendo diversos enfoques y herramientas requeridas para la gestión de pavimentos y que se clasificaron en cuatro grandes grupos temáticos: (1) uso de herramientas existentes y tecnología, (2) temas institucionales y organizativos, (3) el rol amplio de la gestión de pavimentos, (4) nuevas herramientas, metodologías, y tecnología (Zimmerman et al., 2010). En el 2008, AASHTO publicó la “Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide” que incluye modelos mecanísticos-empíricos de predicción del desempeño y que fue actualizada en el 2015 (AASHTO, 2008), (AASHTO, 2015). En el 2012, se aprueba en los Estados Unidos la legislación “The Moving Ahead for Progress in the 21st Century” o MAP-21que requiere de la implementación de procedimientos de gestión por desempeño para el sistema de carreteras interestatal (US. DOT, 2013), aunque transcurrieron varios años para que se implementará en los Departamentos de Transporte Estatales y las Organizaciones Metropolitanas de Planeación. AASHTO actualizó la Guía de Gestión de Pavimentos en el 2012 (AASHTO, 2012). En el 2103, la FHWA publicó una guía práctica para el control de calidad en la recopilación de datos de la condición del pavimento (Pierce et al, 2013). En el 2015, la legislación “The Fixing America’s Surface Transportation (FAST) Act” extendió MAP-21 (FHWA, 2017). En la actualidad, un sistema de gestión de pavimentos debe permitir la implementación de un enfoque estratégico multiobjetivo de gestión. La Figura 2 muestra los componentes de un sistema de gestión de pavimentos concebido para asistir en la implementación de un enfoque estratégico multiobjetivo de gestión. Este sistema integra componentes de los sistemas de gestión de pavimentos, Sistemas de Información Geográfica (SIG) y sistemas de gestión del conocimiento. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 234

Figura 2: Componentes de un Sistema de Gestión de Pavimentos Multiobjetivo de Gestión Estratégica de Pavimentos (Chang, 2007). RETOS DE LOS SISTEMAS DE GESTIÓN DE PAVIMENTOS: PRESENTE Y FUTURO Los conceptos fundamentales de la gestión de pavimentos y el propósito de las herramientas que componen los SGPs siguen siendo los mismos, sin embargo las capacidades para implementarlos han evolucionado en el tiempo. Es de prever que los avances tecnológicos seguirán contribuyendo a la evolución de los SGPs para enfrentar los retos presentes y futuros en los procesos de gestión. Los mayores retos se encuentran en cómo implementar de manera eficiente los SGPs a través del fortalecimiento de sus componentes. A base de las experiencias en las últimas cuatro (4) décadas relacionadas a SGPs, los retos principales que se presentan en los seis (6) componentes que integran dichos sistemas a nivel local, nacional e internacional son descritos a continuación. Inventario: El inventario proporciona información sobre la ubicación, características (estructura del pavimento, materiales, tráfico, clima, otros), y de la conectividad de la unidad de gestión dentro de la red de pavimentos. En la actualidad, los inventarios pueden desarrollarse en bases de datos virtuales y con gran capacidad de almacenamiento. La multi-conectividad de los SGPs desarrollados en plataformas con distintos protocolos de comunicación actualizados periódicamente, es un reto continuo, así como el nivel de seguridad para acceder a la información almacenada en las bases de datos. Evaluación de la condición: La evaluación de la condición de un pavimento empieza con la recolección de datos para determinar el tipo, cantidad y severidad del deterioro superficial, integridad estructural, serviciabilidad, y resistencia al deslizamiento. Los retos se encuentran en el desarrollo de equipos automatizados para recolectar la información de campo de manera eficiente, y en la implementación de especificaciones y normas que aseguren la calidad de los datos recolectados. Otros retos que se enfrentan son el uso de múltiples indicadores de desempeño para caracterizar el desempeño del pavimento; y el monitoreo e interpretación de medidas de desempeño para identificar las tendencias de comportamiento con el objeto de optimizar el proceso de toma de decisiones a nivel de proyectos individuales y de red global. Identificación de las necesidades: La evaluación de la condición del pavimento permite identificar las actividades de mantenimiento y rehabilitación en función de la estrategia de gestión, y consecuentemente Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 235

determinar las necesidades de inversión presentes y futuras. Con esta finalidad se requieren de modelos de predicción del deterioro para diferentes tipos de pavimento y condiciones en servicio, siendo el desarrollo y calibración de estos modelos un reto por la diversidad de factores que afectan el desempeño funcional y estructural del pavimento. Otro de los retos es el desarrollo de sistemas basados en inteligencia artificial que interpreten las medidas de desempeño de pavimento simulando el juicio de profesionales expertos en evaluación y gestión de pavimentos. Priorización de Recursos: Una vez que la agencia identifica las secciones de pavimento que necesitan mantenimiento y rehabilitación y determina la inversión requerida para preservar la red de pavimentos en la condición deseada, se procede a la priorización de recursos siguiendo los criterios establecidos por la agencia. El objetivo es conservar la red de pavimentos en la mejor condición posible con el menor presupuesto. El reto se encuentra en como priorizar recursos cuando existen múltiples objetivos que además de considerar la condición del pavimento incluyan aspectos económicos, medio-ambientales, y sociales. Determinación del impacto de las estrategias de gestión: Se evalúa el impacto futuro de estrategias alternativas de gestión, analizando las consecuencias de las decisiones a adoptar al implementar estas estrategias. El desarrollo de modelos analíticos para cuantificar el impacto de las estrategias de gestión utilizando indicadores de desempeño multidimensionales es uno de los grandes retos. El reto es mayor considerando factores de riesgo como son la incertidumbre inherente en el desempeño futuro del pavimento, y los cambios en las políticas de gestión. Retroalimentación: Consiste en monitorear los resultados de las estrategias de mantenimiento y rehabilitación para realizar ajustes periódicos en los procesos de gestión. Los retos se extienden al nivel organizativo para adaptarse a la incorporación de nuevas tecnologías en los sistemas de gestión de pavimentos. Estos retos incluyen mantener al personal adecuadamente capacitado para operar a un alto nivel de eficiencia, y la necesidad de educar a ejecutivos y políticos involucrados en la toma de decisiones sobre las capacidades de los SGPs. REFLEXIONES FINALES A base de las lecciones aprendidas en la conceptualización y desarrollo de sistemas de gestión de pavimentos a nivel internacional y reconociendo la importancia de la sostenibilidad y seguridad para presentes y futuros usuarios de la infraestructura vial comparto unas reflexiones para la consideración de secretarios y ministros de transporte que tienen la responsabilidad de la toma de decisiones de la construcción y preservación de la infraestructura vial en sus respectivos países: ● En la gestión de pavimentos es necesario utilizar métodos que aseguren la sostenibilidad de las estrategias de mantenimiento y rehabilitación a través del tiempo. Con esta finalidad se requiere fortalecer las diversas actividades del proceso de gestión que incluyen: establecer metas y objetivos, evaluar la condición de las secciones de pavimentos que componen la red, identificar las necesidades de mantenimiento y rehabilitación, priorizar los recursos, determinar el impacto de las decisiones, y retroalimentar el proceso de gestión con información de los resultados de las políticas implementadas. ● Combinar las capacidades de las tecnologías modernas con lo aprendido en experiencias pasadas es parte de un proceso de retroalimentación que tiene por objeto mejorar las prácticas de gestión de pavimentos. Los sistemas de gestión de conocimiento cumplen con este objetivo, y al integrarse con los componentes tradicionales de los sistemas de gestión de infraestructura permiten a quienes toman las decisiones contar con una visión panorámica de los procesos y resultados esperados para diferentes escenarios. La Figura 3 ilustra el concepto holístico de esta visión de enfoque estratégico multiobjetivo de los componentes de infraestructura que tiene como plataformas de integración un sistema de información geográfica y un sistema de información del conocimiento. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 236

Figura 3: Visión General de un Sistema Integrado de Gestión Estratégica (Chang, 2007). ● Las herramientas integrales de gestión son recomendadas para facilitar los procesos e interconectar los sistemas de toma de decisiones en una plataforma virtual que incentive la comunicación en tiempo real entre todos los niveles de gestión. Un enfoque de gestión estratégica debe integrar los componentes del sistema de gestión de pavimentos con otros sistemas de gestión de infraestructura (ejemplo: puentes, elementos de seguridad vial). Los sistemas de información geográfica sirven como plataforma para integrar toda la información y visualizar los resultados de análisis de escenarios con múltiples objetivos. Finalmente, es apropiado resaltar los beneficios de la implementación de un SGP integrado: (1) información más exacta y accesible de la red de pavimentos, (2) conocimiento de la condición de la red de pavimentos, (3) capacidad para realizar un análisis de necesidades de mantenimiento y rehabilitación, (4) uso más eficiente de los recursos disponibles, (5) capacidad para justificar técnicamente las inversiones para la preservación de la red de pavimentos, (6) selección de estrategias costo-efectivas de mantenimiento y rehabilitación, (7) capacidad de evaluar el impacto de las estrategias de gestión de mantenimiento y rehabilitación en la condición de los pavimentos e inversiones futuras. AGRADECIMIENTOS Un agradecimiento especial a Dr. Roger E. Smith, Profesor Retirado de la Universidad Texas A&M, por compartir sus conocimientos en el área de gestión de pavimentos, amistad, y apoyo a través de los años. Agradecimiento que hago extensivo a todos aquellos profesionales que como Dr. Smith han contribuido al desarrollo y evolución de los Sistemas de Gestión de Pavimentos. REFERENCIAS Adams, T.M., y J.L. Carreras (2018). Prioritizing Maintenance Activities Using an Analytic Hierarchy Process (AHP), 12 Conferencia Nacional en Gestión de Activos de Transportes, San Diego, CA. American Association of State Highway Officials – AASHO (1962). “The AASHO Road Test, Report 5: Pavement Research, Special Report 61E”, Highway Research Board, Washington, D.C. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 237

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Robinson, R., Hide, H., Hodges, J.W., Rolt, J., y Abaynayaka S.W. (1975), TRRL Report LR 674: A Road Transport Investment Model for Developing Countries, Transport and Road Research Laboratory, London, England. Smith, R.E., M.I. Darter, and Hernn S.M. (1979). Highway Pavement Distress Identification Manual for Highway Condition and Quality of Highway Construction Survey, U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration and Transportation Research Board, Washington, D.C. Sayers, MW, TD Gillespie, y Paterson WDO. (1986). World Bank Technical Paper Number 46: Guidelines for Conducting and Calibrating Road Roughness Measurements, The International Bank for Reconstruction and Development/The World Bank, Washington, DC. Shahin, M.Y. (1986). Micro-PAVER User’s Guide Version 1.0, Airport Pavement Management System, U.S. Army Construction Engineering Research (CERL), Champaign, Illinois. U.S. Department of Transportation (U.S. DOT) (2017). Performance Management. MAP-21- Moving Ahead for Progress in the 21st Century. Disponible en https://www.fhwa.dot.gov/map21/factsheets/pm.cfm. Zimmerman, K., L. Pierce, and Krstulovich J. (2010). “Pavement Management Roadmap”, Federal Highway Administration – FHWA (2010 Washington, D.C. RESEÑA DEL AUTOR Catedrático Asociado en el Departamento de Ingeniería Civil y Medio Ambiente de la Universidad Internacional de Florida (FIU). Ha sido Profesor Asociado de la Universidad de Texas en El Paso e Investigador Asociado del Instituto de Transportes de Texas A&M. Dr. Chang es graduado como Ingeniero Civil en la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI) del Perú, con grados de Maestría y Doctorado en la Universidad de Texas A&M. Dr. Chang tiene licencia profesional como Ingeniero Civil en Texas, Estados Unidos y en el Perú, y es reconocido como consultor internacional por el Banco Interamericano de Desarrollo (BID) y asesor de empresas públicas y privadas. La experiencia de Dr. Chang abarca temas de diseño y evaluación de pavimentos, supervisión y control de calidad, mantenimiento y rehabilitación de carreteras, sostenibilidad de la C. Chang infraestructura de transporte, sistemas de gestión de pavimentos e infraestructura vial. En el ámbito académico, Dr. Chang ha realizado proyectos de investigación para el “National Highway Cooperative Research Program” (NCHRP), el Departamento de Transporte de Texas (TxDOT), el “Metropolitan Transportation Commission” (MTC) en California, la Organización de Planificación Metropolitana en El Paso y la Ciudad de El Paso, Texas. Dr. Chang es Presidente del Comité de Infraestructura de la Sociedad de Ingenieros Civiles (“American Society of Civil Engineering ASCE”), y de la Sociedad Internacional para el Mantenimiento y Rehabilitación de Infraestructura del Transporte. En Latinoamérica. Dr. Chang es autor de libros y con más de 100 publicaciones técnicas a nivel internacional. Durante su trayectoria académica ha sido merecedor de varios premios, destacando el de la “International Road Federation Fellowship”, y el reconocimiento en tres oportunidades del “National Council of Examiners for Engineering and Surveying” (NCEES) por conectar la educación con la práctica profesional. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 239

USO DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL PARA EL ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE CONDUCTORES Y LA GENERACIÓN DE CHOQUES DE TRÁNSITO1 Wilson Arias Rojas2, Jorge Eliecer Córdoba Maquilón3, Germán Jairo Hernández Pérez4 RESUMEN: Esta investigación, es el resultado del análisis del comportamiento de conductores en un escenario controlado, en un simulador de conducción, en el cual, mediante la medición de ondas cerebrales, se midió el grado de concentración al conducir y por medio del uso de redes neuronales y de inteligencia artificial, se planteó un modelo de comportamiento de los conductores al someterse a un efecto distractor mientras se conduce, el cual permite analizar los factores más relevantes que se reflejan en errores y malas prácticas al momento de conducir. En esta investigación se determinó una muestra poblacional desde los 16 años hasta los 90 años, compuesta de hombres y mujeres, a partir de un universo obtenido de una base de datos de fatalidades durante 7 años, se construyó un simulador de conducción con un software para la simulación que permite diferentes escenarios de conducción. Finalmente se planteó un modelo de comportamiento de conductores ante los efectos distractores. Palabras clave: comportamiento humano, conductas riesgosas, Neurosky, redes neuronales, simulación USE OF THE ARTIFICIAL INTELLIGENCE FOR DRIVERS BEHAVIOR ANALYSIS AND VEHICULAR CRASHES GENERATION ABSTRACT: This research is the result of the analysis of drivers´ behavior in a controlled scenario, using a driving simulator, in which, by measuring brain waves, the degree of concentration was (measured when driving and through the use of networks neuronal and artificial intelligence, a model of behavior of drivers was proposed to be subjected to a distracting effect while driving, which allows analyzing the most relevant factors that are reflected in errors and bad practices at the time of driving. In this research it was determined a population sample of men and woman whose ages oscillate between 16 to 90 years, from a universe obtained from a database of fatalities for 7 years. A driving simulator was built, and it was using a software for the simulation that allows different driving scenarios. Finally, risk behaviors were classified to be a factor of distraction. . Keywords: human behavior, risky behaviors, Neurosky, neural networks, simulation INTRODUCCIÓN A LA GENERACIÓN DE CHOQUES DE TRÁNSITO El estudio de la frecuencia y la causalidad de las colisiones de tránsito en las vías públicas es un tema prominente debido a su impacto y costo a la sociedad. Cada año, de acuerdo con las estadísticas del extinto Fondo de Prevención Vial de Colombia, en un promedio de 2 minutos y medio ocurre un choque de tránsito, cada 10 minutos hay un herido y cada hora hay una víctima fatal, debido a la pobre seguridad vial que se presenta en el país. Los grupos de la población especialmente vulnerables son: los jóvenes de 15 a 30 años, los peatones, los ciclistas y en los últimos cinco (5) años, los motociclistas. Para Ferrer et al., (2013) no coinciden las cifras de choques y fatalidades que se manejan en Colombia por parte de la Policía Nacional, el “Dane”, y el Instituto de Medicina Legal. 1 Artículo recibido el 5 de noviembre de 2020 y aceptado para publicación el 8 de diciembre de 2020. 2 Profesor, Fundación universitaria Agraria de Colombia, Uniagraria, Cl. 170 ##54a-10, Bogotá, Colombia. Email: [email protected] 3 Profesor, Universidad Nacional de Colombia sede Medellín, Cl. 65 ## 59A - 110, Medellín, Antioquia, Colombia Email: [email protected] 4 Profesor Universidad Nacional de Colombia: sede Bogotá. Email: [email protected] Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 240

El exceso de velocidad es la principal causa en las estadísticas de choques de tránsito. El 89% de los choques de tránsito ocurren por factores humanos, el 11% restante, ocurren por problemas mecánicos, factores climáticos y defectos en la carretera entre otros (Arias y Colucci, 2006). La mayoría de los choques de conductores, ocurren en un promedio de 5 minutos antes de llegar a su destino, ya que el conductor se relaja y por ende, disminuye la atención en la conducción del vehículo (Arias y Colucci, 2006). Sin embargo, los autores no tuvieron en cuenta que el factor de las condiciones de la carretera contribuye en el 28 al 34 por ciento y el factor de los dispositivos de seguridad del vehículo contribuye en el 8 al 12 por ciento (Rumar, 1985 y Johnston, 2006). La severidad de un choque puede estar relacionada con cambios repentinos en la velocidad límite de un segmento de carretera que podrían pasar desapercibidos por los conductores si la geometría o las características generales del segmento no varían considerablemente. Esta situación puede ser más definitiva en un segmento de carretera donde la velocidad límite no es acorde con las expectativas de los conductores considerando las características del segmento. Además, se deben tener en cuenta factores como la educación, la ingeniería, el manejo de incidentes en las carreteras y la ejecución de planes en las mismas para analizar las causas por las cuales ocurren los choques sobre el corredor vial seleccionado. Se puede considerar que un conductor que esté en la zona urbana, donde la velocidad máxima permitida es de 60 kilómetros por hora (37.3 mph), y cambia a una zona rural donde aumenta la velocidad a 100 kilómetros por hora (62.1 mph), y se encuentra con una zona de construcción temporal, donde se debe disminuir la velocidad a 30 kilómetros por hora (18.6 mph), puede no reaccionar adecuadamente a este cambio y perder el control del vehículo ocasionando un choque, ya sean de índole severo o fatal. Las fatalidades que ocurren en las carreteras por la ausencia o falta de mantenimiento de los dispositivos de control del tránsito y de seguridad instalados, como la demarcación inadecuada y la señalización en las vías, posiblemente sean una de las causas en el aumento de los choques fatales que tienen un muy alto costo para la sociedad y para la economía de un país. El aumento en el precio de la gasolina puede tener un efecto reductor en los viajes durante ciertos períodos de tiempo, aumentando o disminuyendo la probabilidad de choques. El efecto de una vigilancia policíaca intensiva resulta en una modificación fugaz en el comportamiento de los conductores en la carretera debido al aumento en la percepción del riesgo de ser multado. Shinar y Stiebel (1986) y Benekohal et al. (1992) demostraron el efecto reductor fugaz en las velocidades de los conductores debido a un aumento en la presencia policíaca en la carretera. Vaa (1997) demostró que el efecto de una vigilancia policíaca intensiva en un segmento de carretera tiene una duración máxima de 8 meses en las velocidades de los conductores. En términos de las muertes asociadas a la velocidad, el 54 por ciento de estos choques ocurrieron en segmentos de carretera con una velocidad límite rotulada de 56 Km/h o menos (NCSA, 2006). La “American Association of State Highway and Transportation Officials” (AASHTO, 2004) recomienda que la velocidad de diseño de una carretera sea consistente con la velocidad que los usuarios esperan con base en las características geométricas de la carretera. Cabe preguntarse cuál es la relación existente entre la velocidad de diseño, los componentes geométricos y la velocidad límite rotulada en estos segmentos que pueda ser un factor contribuyente a estos choques fatales. Es necesario analizar cuál es la relación entre el diseño geométrico de la carretera y la percepción del riesgo de choque de los conductores en estos segmentos. Una investigación realizada en el Recinto Universitario de Mayagüez de la Universidad de Puerto Rico demostró que el 70 por ciento de los choques con peatones ocurren en zonas urbanas, el 98.5 por ciento ocurren en lugares fuera de las intersecciones y el 73 por ciento ocurre en segmentos de carretera rectos y llanos (Alicea, 2004). Este trabajo de investigación presentó varias recomendaciones a corto, mediano y largo plazo para mitigar el problema de seguridad de los peatones en Puerto Rico. Algunas de estas medidas son el establecimiento de estrategias de educación, instalación de barreras a peatones, instalación de señales de tránsito para peatones en selectos segmentos de carretera, enmiendas a la ley de tránsito y el uso de técnicas de ingeniería (“traffic calming”) para reducir las velocidades de los vehículos. Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 241

“En tasas comparativas por población, la Unión Europea alcanzó en 2014 la cifra más baja hasta el momento en cualquier región del mundo de 51 muertes por millón de habitantes, 12 menos que en 2010. Los países con tasas más bajas son Suecia, Holanda, Reino Unido y Malta, por debajo de los 30 muertos por millón de habitantes. Mientras otros como Lituania, Bulgaria, Rumanía y Latvia superan los 90 muertos por millón de habitantes” (Alonso 2016). En Colombia esta tasa es de 121 muertos por millón de habitantes (WHO, 2015). La tasa de choques y la tasa de mortalidad son indicadores útiles para conocer la escala del problema y para realizar comparaciones en seguridad vial. La frecuencia de choques está asociada al volumen de tránsito en la carretera por lo que cualquier evaluación estaría indebidamente influenciada por la cantidad de vehículos en la misma. La tasa de choques o de mortalidad por vehículo-Km recorridos (VKR) normaliza la frecuencia de los eventos por su exposición al riesgo de choque o muerte, respectivamente. En varios países, se han establecido Sistemas de Gerencia en Seguridad Vial (“Safety Management Systems”) que implantan procesos sistemáticos e integrados en la planificación, el diseño y la construcción de carreteras con el propósito de reducir la cantidad de muertes. Además, estos sistemas incorporan procesos integrados en el manejo de datos de choques, la evaluación y análisis de los problemas de seguridad y la administración de un sistema de carreteras, entre otros procesos, que están enfocados en cuatro áreas esenciales: la educación y entrenamiento al conductor y otros usuarios del sistema de carretera; la ingeniería; el cumplimiento de las leyes (“enforcement”) , y los servicios médicos de emergencia (en inglés este concepto se conoce las Cuatro E’s: “Engineering”, “Education”, “Enforcement” y “Emergency Services”). Para la ejecución de este experimento se utilizó un simulador de conducción, apoyado del uso de inteligencia artificial para el análisis de los datos recopilados. De acuerdo a Regan et al., (2008) se enumeran las ventajas y desventajas conocidas sobre los simuladores de conducción: Ventajas Tienen la capacidad de crear escenarios a los conductores en situaciones probables de un choque sin ● ocasionar daños, como cuando hay consumo de drogas, cansados, en condiciones climáticas extremas, utilizando nuevas tecnologías, entre otras actividades peligrosas. ● Permite controlar muchas variables de confusión que ocurren mientras se conduce, por ejemplo, cuando se utiliza la simulación de conducción (p. ej., clima, tránsito, iluminación, frecuencia de usuarios vulnerables en la vía, viento, hoyos en la vía, proporción de tipos de vehículos, comportamiento inesperado o irracional de otros conductores, entre otros). ● Todos los detalles sensoriales del mundo real no son utilizados por los conductores de todos modos. La información perceptiva (Gibson, 1986) para conducir es conocible y puede ser reproducida de manera fidedigna utilizando simuladores. ● Los escenarios se pueden repetir idénticamente para cada participante del experimento. ● Los simuladores ofrecen ahorros de dinero ya que se puede hacer una configuración flexible para que se planteen una diversidad de preguntas de investigación (Jamson, 2001). ● Los simuladores de bajo costo y baja fidelidad en las manos adecuadas pueden abordar una amplia variedad de interesantes preguntas de investigación. ● La simulación de conducción es convincente y provoca reacciones emocionales de los conductores. que son similares en la conducción real. ● Los simuladores son buenos para evaluar el desempeño del conductor o lo que puede hacer un conductor (Evans, 2004). Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil. Vol. 19-20 (1) 242