Praktijkstudie Levensduurcyclus-kostenanalyse. ZOAB-onderhoud van een rijksweg. ir. J.S.I. van der Wal dr.ir. A.H. de Bondt

Transcriptie

1 Praktijkstudie Levensduurcyclus-kostenanalyse ZOAB-onderhoud van een rijksweg ir. J.S.I. van der Wal dr.ir. A.H. de Bondt 27 oktober 2005

2 Voorwoord Overbelasting van het wegennet, toenemende verkeersbelasting, onder druk staande budgetten en een grotere mondigheid van weggebruikers/verzekeringsmaatschappijen zijn factoren waar wegbeheerders tegenwoordig mee te maken krijgen. Daarnaast lijken er meer mogelijkheden beschikbaar te komen op het vlak van innovatieve contractvormen, alternatieve technische oplossingen en het opheffen van de scheiding tussen aanleg en onderhoud (zowel financieel als organisatorisch). Deze rapportage geeft een beeld van de maatschappelijke kosten die bespaard kunnen worden (de potentie), indien er bij wegbeheerders meer aandacht komt voor een integrale kostenbenadering (in plaats van een focus op de laagste prijs bij aanleg), betere mogelijkheden voor het sneller accepteren van (voldoende onderbouwde) noviteiten en beter omschreven functionele eisen (in bijvoorbeeld zogeheten prestatiebestekken). dr.ir. A.H. de Bondt Manager Research & Development Noot Kopiëren van dit rapport is niet toegestaan. Ooms Avenhorn Holding bv is niet aansprakelijk voor onjuist gebruik van de informatie uit dit rapport. Dit rapport is op aanvraag beschikbaar bij: Ooms Avenhorn Holding bv dr.ir. A.H. de Bondt Postbus ZG Avenhorn Tel Fax adebondt@ooms.nl Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 1 van 29

3 Samenvatting Diverse publieke wegbeheerders zijn voornemens om in de nabije toekomst projecten te beoordelen op basis van de levensduurcyclus-kosten. Door deze ontwikkeling lijken er meer kansen op de markt te komen voor innovatieve hoogwaardige wegconstructies. Deze rapportage geeft aan welke eisen aan een onderhoudsmaatregel gesteld dienen te worden, welke kosten relevant zijn in de levensduurcycluskostenanalyse en op welke wijze deze berekend kunnen worden. De methode wordt door middel van een praktijkstudie geïllustreerd. De basis van een goed verhardingsontwerp, inclusief alternatieven en risicoanalyse, is een volledige inventarisatie van de eigenschappen van de bestaande verharding, waaronder de huidige verhardingsopbouw, de visuele kwaliteit, de draagkracht en de rijspoordiepte. Daarnaast is een goede inschatting van de verkeersintensiteit nu en in de toekomst van belang. De eisen aan de verharding op het gebied van draagkracht, comfort/veiligheid, geluid en hemelwaterafvoer, zowel direct na oplevering als gedurende de levensduur, dienen eenduidig en op een zo hoog mogelijk niveau te worden vastgelegd. Om innovatie te bevorderen dienen als uitgangspunt de eisen minimaal gelijk te zijn aan de gemiddelde waarde van de huidige stand der techniek. Tot op heden is het (helaas) gebruikelijk om in de kostenbeschouwing van publieke werken uitsluitend de aanlegkosten mee te nemen. Sinds kort begint er meer aandacht te komen voor de kosten gedurende de levensduur, waaronder de kosten voor de beheerder, de weggebruiker en de maatschappelijke kosten. Tot op heden zijn alleen de onderhoudskosten (beheerder) en filekosten (weggebruiker) op reële wijze te kwantificeren. Deze zijn in de praktijkstudie dan ook meegenomen, waarbij de filekosten worden bepaald volgens het filekostenmodel van de Rijkswaterstaat AVV. In de praktijkstudie wordt een variant met een standaard ZOAB-mengsel vergeleken met een polymeergemodificeerde ZOAB met 0,5% meer bitumen en een hogere kwaliteit steenslag; de laatste is gedefinieerd als hoogwaardig ZOAB. De gemiddelde levensduur van het standaard ZOAB-mengsel is afkomstig van het SHRP onderzoek dat tussen 1990 en 2000 op een groot aantal ZOAB-wegvakken in Nederland is uitgevoerd. Met behulp van laboratoriumonderzoek, modelmatige studies en jarenlange praktijkervaring onderbouwt deze studie dat de hoogwaardige ZOAB een hogere gemiddelde levensduur heeft met minder spreiding. De kosten voor de wegbeheerder en de weggebruiker zijn verdisconteerd met de netto contante waarde methode. Met behulp van een Monte-Carlo-simulatie is de invloed van de spreiding in de levensduur op de netto contante waarde gekwantificeerd. Met de beschreven methode kunnen alternatieven bijvoorbeeld ook geëvalueerd worden op een niveau waarbij 85% van de mogelijke gevallen lager uitvallen dan het berekende kostenniveau. In deze praktijkstudie vallen de contant gemaakte kosten van het hoogwaardige ZOAB over vrijwel het gehele waarschijnlijkheidsinterval lager uit. Uit de studie blijkt dat het meest optimale beheer (in termen van economie en milieu) van autosnelwegen in Nederland bestaat uit het toepassen van oplossingen met een langere levensduur(verwachting) dan tot nu toe algemeen gebruikelijk. Het huidige ontwerp- en eisenbeleid dient dus gewijzigd te worden. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 2 van 29

4 Inhoudsopgave Voorwoord 1 Samenvatting Inhoudsopgave 3 1. Inleiding Projectdefinitie Wegvakbeschrijving Benodigde gegevens Programma van Eisen Eisen na onderhoud Eisen gedurende de levensduur Ontwerp onderhoudsmaatregel inclusief alternatieven Levensduurcyclus-kostenanalyse Kostensoorten Modelbeschrijving levensduurcyclus-kostenanalyse Bepalen kosten Bepalen levensduurverwachting maatregel Ontwikkeling schade Gedragsmodel Onderhoudsscenario en berekend resultaat Onderhoudsscenario Resultaat berekening uitvoering maatregel Resultaat berekening filekosten Risicobenadering op berekend resultaat Conclusies en discussiepunten...26 Literatuur...28 Bijlagen A B Opzet kostenraming Voorbeeld berekening filekosten C Mechanische aspecten van rafeling in ZOAB, dr.ir. A.H. de Bondt, Asfalt nr D Gekoppelde fysisch-chemische en mechanische modellering van schade in ZOAB, A.H. de Bondt, R.C. van Rooijen, A. Scarpas, N. Kringos, Wegbouwkundige Werkdagen, Doorwerth, juni 2004 Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 3 van 29

5 1. Inleiding Verschillende wegbeheerders hebben in de nabije toekomst het voornemen om projecten te beoordelen op basis van de levensduurcyclus-kosten. Op deze wijze zullen niet alleen de laagste initiële bouwkosten als criterium gelden, maar zullen ook de verwachte kosten voor onderhoud beschouwd worden. In opdracht van en in samenwerking met Ooms Avenhorn Holding, heeft Unihorn een praktijkstudie uitgewerkt, waarin een analyse van de levensduurcyclus-kosten voor de aanleg en onderhoud van (hoofd)wegen centraal staat. Hierbij is een relatief eenvoudig hypothetisch project als voorbeeld aangehouden. In deze rapportage is een praktijkstudie uitgewerkt voor het onderhoud van een wegvak in een rijksweg binnen een niet-stedelijk gebied. Het uitvoeren van een levensduurcyclus-kostenanalyse kent een aantal stappen, welke als volgt geïdentificeerd zijn: Projectdefinitie met programma van eisen Ontwerpproces en alternatievenontwikkeling Bepalen van het verwachte onderhoud Berekenen levensduurcyclus-kosten Risicobenadering In deze praktijkstudie zal per stap in een hoofdstuk het proces besproken worden. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 4 van 29

6 2. Projectdefinitie 2.1. Wegvakbeschrijving Deze praktijkstudie betreft het groot onderhoud van een wegvak binnen een rijksweg. De rijksweg is gelegen in een landelijk gebied. Het betreft een 2-baans autosnelweg met elk twee rijstroken en een vluchtstrook. Binnen het wegvak zijn er twee af- en toeritten gesitueerd. De breedte van de rijbaan is circa 11 m. De lengte van het wegvak is 5 km. De huidige rijbanen zijn voorzien van een dicht type asfaltbeton. De rijbanen zijn aangelegd rond 1983 en sindsdien is er geen groot onderhoud uitgevoerd. Door de ontwikkelde schade aan het oppervlak is groot onderhoud noodzakelijk geworden. De weg is gelegen in een gebied met een ondergrond, dat weinig zettingsgevoelig is gebleken. De kans op het optreden van additionele zettingen in de toekomst wordt als verwaarloosbaar klein beschouwd Benodigde gegevens Ten behoeve van het opstellen van een verhardingsontwerp met alternatieven en het inschatten van de risico s die samenhangen met het verhardingsontwerp, is het noodzakelijk om volledige gegevens te hebben van het wegvak. De huidige kwaliteit en eigenschappen van de verhardingsconstructie op de rijbanen dienen daarom vastgelegd te zijn. Deze eigenschappen kunnen als volgt worden samengevat: de visuele kwaliteit van het verhardingsoppervlak; de draagkracht van de verhardingsconstructie uit metingen; de rijspoordiepte op het huidige wegoppervlak; de huidige opbouw van de verharding; het huidige langs- en dwarsprofiel van de rijbanen uit een inmeting; de milieukundige kwaliteit van de huidige verhardingsconstructie. De gegevens met betrekking tot de verkeersintensiteit dienen bekend te zijn. Ten behoeve van een optimale planning dient het verloop van de intensiteit over een etmaal bekend te zijn. Daarnaast is het noodzakelijk een onderverdeling tussen personenauto s en vrachtauto s te kennen. Tenslotte dient in een prognose de groei van de intensiteit in de toekomst bekend te zijn. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 5 van 29

7 3. Programma van Eisen In het programma van eisen wordt gedetailleerd uiteengezet welke eisen de wegbeheerder stelt aan het verhardingsoppervlak. Om innovatie te bevorderen dienen de eisen op een zo hoog mogelijk niveau beschreven te worden. Het is echter onvermijdelijk om de eisen op gebruiksniveau en functioneel niveau te vertalen naar eisen op het gebied van constructief gedrag Eisen na onderhoud Als uitgangspunt is hier gehanteerd dat na onderhoud de verharding aan de volgende eisen dient te voldoen: Draagkracht Het ontwerp van de onderhoudsmaatregel moet zodanig zijn dat de draagkracht van de verhardingsconstructie op basis van de gegeven uitgangspunten met betrekking tot de verkeersbelasting een structurele levensduur bezit van 15 jaar. Dit houdt in dat er in deze periode onder invloed van de verkeersbelasting slechts over een beperkte omvang scheurvorming onder in de asfaltconstructie mag optreden. Comfort/veiligheid De verharding dient na oplevering vrij te zijn van visueel waarneembare schade. De stroefheid dient na oplevering vastgesteld te worden conform de DWW-methode remvertraging. De remvertraging dient ten minste 5,2 m/s 2 te bedragen. De langsvlakheid wordt vastgesteld met een viagraaf. De C5-waarde dient kleiner dan 3% te zijn. Geluid De deklaag dient geluidsreducerende eigenschappen te hebben. De C wegdek conform CROW Publicatie 200 dient bij aanvang minimaal 3 db(a) te bedragen. Hemelwaterafvoer Na onderhoud moet de dwarshelling ten minste 2% bedragen met uitzondering van gedeeltes die in een overgangsboog zijn gelegen. De deklaag dient voldoende waterafvoerend vermogen te bezitten. Het waterdoorlatend vermogen van de deklaag wordt bepaald met de proef van Becker. De uitstroomtijd moet ten hoogste 25 seconden bedragen. De hoogteligging van de verharding dient ten opzichte van de berm zodanig te zijn dat vrije uitstroming van hemelwaterafvoer mogelijk is. De aangebrachte verhardingsconstructie dient zodanig af te wateren dat er geen hemelwater bij een neerslag van minder dan 18 mm per 24 uur 1 langs of op de verharding blijft staan. 1 Overschrijdingskans van 10 keer per jaar, bron: KNMI Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 6 van 29

8 3.2. Eisen gedurende de levensduur Er dient onderhoud gepleegd te worden als de wegverharding niet meer aan de volgende eisen voldoet: Comfort/veiligheid De stroefheid dient vastgesteld te worden met RAW standaardproef 150 en dient op welke locatie dan ook ten minste 0,38 te bedragen. De langsvlakheid dient vastgesteld te worden met een ARAN meetvoertuig en uitgedrukt te worden in een IRI waarde. De IRI mag op welke locatie dan ook, niet meer dan 3,5 bedragen. De spoordiepte dient vastgesteld te worden met een ARAN meetvoertuig en uitgedrukt te worden in mm spoordiepte. De spoordiepte mag op welke locatie dan ook, niet meer dan 18 mm bedragen. Er mogen geen hoogteverschillen van meer dan 10 mm gemeten onder een rei van 1 m voorkomen. Er mogen geen gaten van ten minste één steenlaag diepte met een doorsnede van meer dan 10 cm op het verhardingsoppervlak voorkomen. In het geval van steenverlies uit de deklaag, dient de losliggende steenslag verwijderd te worden. Geluid De achteruitgang in geluidsreducerende eigenschappen dient beperkt te zijn. De C wegdek conform CROW Publicatie 200 dient (op lange termijn) onder een waarde van +2 db(a) te blijven (dit betekent dus een maximaal gestelde verslechtering t.o.v. de referentie). Hemelwaterafvoer De aangebrachte verhardingsconstructie dient zodanig af te wateren dat er bij een neerslag van minder dan 18 mm per 24 uur geen hemelwater langs of op de verharding blijft staan. Eisen ten behoeve van verkeersmaatregelen De verkeersmaatregelen ten behoeve van werk in uitvoering dienen te worden uitgevoerd conform CROW Publicatie 96a. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 7 van 29

9 4. Ontwerp onderhoudsmaatregel inclusief alternatieven Op basis van de (fictieve) onderzoeksgegevens is geconcludeerd, dat de verharding van de rechterrijstrook (zwaar belaste rijstrook) te weinig draagkracht bezit. De huidige deklaag is sterk verouderd, wat zichtbaar wordt in de ontwikkeling van rafeling en scheurvorming. Daarnaast is geconcludeerd, dat een correctie van het langsprofiel en plaatselijk het dwarsprofiel gewenst is. In verband met de onvoldoende draagkracht is er een versterking noodzakelijk. De deklaag dient in verband met de veroudering over het gehele oppervlak verwijderd te worden. Een herprofilering van het oppervlak is mogelijk door middel van het aanbrengen van één of meerdere asfaltlagen. Het is mogelijk om het versterken en herprofileren van de verharding door middel van het aanbrengen van asfalt-overlagen te combineren. De onderhoudsmaatregel bestaat zodoende globaal uit: onder gewenst profiel frezen huidige asfaltverharding; aanbrengen één of meerdere profileer- c.q. versterkingslagen; aanbrengen deklaag. Ten behoeve van deze case wordt verondersteld dat de profileerlaag/versterkingslaag de constructie een voldoende structurele levensduur geeft en dat hiermee het verhardingsoppervlak onder het gewenste profiel gelegd kan worden. De aandacht wordt in deze praktijkstudie gericht op het type deklaag. Door de eis voor het waterdoorlatend en bergend vermogen van de deklaag is het noodzakelijk om voor een ZOAB deklaag te kiezen. De eisen ten aanzien van de geluidsreductie zijn van dien aard dat er voor een enkellaags ZOAB kan worden gekozen. In dit geval kan een ZOAB deklaag bijdragen aan de versterking van de constructie. Daarom heeft de toepassing van 5 cm ZOAB de voorkeur. Door middel van aanpassingen in het mengselontwerp ten opzichte van de procedure uit de Standaard RAW Bepalingen 2000 [1], is het mogelijk om de eigenschappen van traditioneel ZOAB te verbeteren. In diverse publicaties is de toepassing van polymeergemodificeerd bitumen als belangrijke verbetering aangehaald [2,3]. Daarnaast wordt de toepassing van een hoge kwaliteit steenslag als belangrijke verbetering gezien. De verbeterde eigenschappen ten aanzien van ontmenging van de asfaltspecie gedurende transport en verwerking vormen een belangrijk aspect. Daarnaast speelt de hogere weerstand tegen verbrijzeling van de korrels een rol. Met toepassing van bepaalde typen hoogwaardig polymeergemodificeerde bitumen kan het bindmiddelgehalte verhoogd worden zonder gevaar voor afdruipen en ontmenging [4]. Door de dikkere bitumenfilm die zodoende aangebracht kan worden en de betere weerstand tegen oxidatie en vermoeiing van dergelijke bitumen wordt de levensduur ten aanzien van veroudering vergroot. Ook wordt de weerstand tegen stripping (waterindringing in het hechtvlak bitumen/steen) verbeterd. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 8 van 29

10 In dit geval worden twee varianten beschouwd om het inzicht in de werkwijze van een levensduurcyclus-kostenanalyse te verkrijgen. Variant 1: De constructie wordt toegepast met een ZOAB 0/16 met 4,5% bitumen 70/100, Nederlandse (kiezel) steenslag en hydroxide vulstof, samengesteld volgens de Standaard RAW Bepalingen 2000 [1]. Variant 2: De constructie wordt toegepast met een ZOAB 0/16 met 5,0% Sealoflex SFB5-50 (PA) bitumen en porfier steenslag. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 9 van 29

11 5. Levensduurcyclus-kostenanalyse 5.1. Kostensoorten Het is tot op heden (helaas) gebruikelijk om in een kostenbeschouwing in de wegenbouw slechts de kosten voor het uitvoeren van de (bouw)werkzaamheden te berekenen. In het laatste decennium is er ook aandacht voor overige kostencomponenten, die samenhangen met het gebruik van de weg. Het betreft daarmee: kosten voor de wegbeheerder; kosten voor de weggebruiker; maatschappelijke kosten. De kosten voor de wegbeheerder betreft de projectuitvoering inclusief de kosten voor verkeersmaatregelen, voorlichting, incidentmanagement, ontwerp en dergelijke. De kosten voor de weggebruiker betreft voornamelijk voertuigslijtage, brandstofverbruik en rijtijden. Het verlies door extra voertuigslijtage en toegenomen brandstofverbruik door schade aan het wegdek is (in Nederland) over het algemeen marginaal en niet duidelijk aantoonbaar. Het verlies door extra rijtijd gedurende wegonderhoud kan substantieel zijn. Het aandeel van deze kosten, hier filekosten genoemd, is als een gemiddeld bedrag gedurende het uitvoeren van wegonderhoud vrij goed te berekenen. Maatschappelijke kosten zijn alleen in algemene zin aan te duiden. Het betreft bijvoorbeeld kosten van ongevallen die het gevolg zijn van achterstallig onderhoud, vermindering van de luchtkwaliteit, geluidsoverlast, kapotte autoruiten(!) en trillingshinder. Het bepalen van maatschappelijke kosten stuit op diverse problemen, zoals onder andere: er is geen duidelijke oorzaak-gevolg relatie; de relatie tussen de kostencomponent en het project is niet eenduidig te leggen (bijvoorbeeld luchtkwaliteit). Ondanks de grote belangstelling voor zogenaamde whole life costing modellen is er tot nu toe geen betrouwbare compleet kwantitatieve benadering in de wegenbouw bekend. In deze studie is er voor gekozen om de kosten voor de wegbeheerder en de filekosten te berekenen. Vervolgens is er een vergelijking gemaakt van de filekosten met het principe van rijstrookhuur dat bijvoorbeeld Rijkswaterstaat nu al hanteert, om kosten door een verminderde beschikbaarheid van de weg in rekening te brengen. Het principe van rijstrookhuur is vervolgens gebruikt in de evaluatiemethodiek. Hierdoor wordt de rijstrookhuur een sigaar uit eigen doos en is dus alleen nuttig ten behoeve van de evaluatie. In hoeverre een wegbeheerder mogelijkheden ziet om de filekosten aan de weggebruiker te vergoeden, is buiten beschouwing gelaten. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 10 van 29

12 5.2. Modelbeschrijving levensduurcyclus-kostenanalyse In de levensduurcyclus-kostenanalyse worden de kosten voor de aanleg en het in de toekomst verwachte onderhoud berekend. In figuur 1 is het patroon van kosten schematisch weergegeven. KOSTEN Aanleg Klein onderhoud Groot Large onderhoud scale Klein onderhoud Reconstructie Analyse periode Restwaarde TIJD Figuur 1 Schematische voorstelling levensduurcyclus-kostenanalyse In figuur 1 is de situatie weergegeven voor de nieuwbouw van een constructie. Het spreekt voor zich dat een dergelijke voorstelling ook gemaakt kan worden voor een situatie met een reconstructie of groot onderhoud. Kosten die in de toekomst verwacht worden, dienen gewaardeerd te worden naar een investering op huidig prijspeil. De gedachte hierachter is dat de totaalinvestering voor aanleg en onderhoud in het jaar 0 gedaan wordt. Het berekende bedrag is daarmee voldoende om de weg voor de gegeven analyseperiode in stand te houden. Kosten in de toekomst worden lager gewaardeerd, omdat het mogelijk is om het gefinancierde gedeelte voor onderhoud als een spaardeel weg te zetten. De analyseperiode dient als een uitgangspunt gekozen te worden. Deze periode moet niet te kort zijn, omdat er aansluiting moet zijn met de verwachte levensduur van het project. Het effect van een verschil in levensduur komt dan tot uitdrukking. De analyseperiode moet ook niet te lang zijn, omdat overige onzekere invloeden meer effect krijgen op de levensduur van het project. In dat geval beschrijft het model minder goed de werkelijke situatie. Er kan daarbij gedacht worden aan de noodzaak tot reconstructie van de weg (bijvoorbeeld verbreding). Het waarderen van een toekomstig kostenaandeel geschiedt aan de hand van een reële rentevoet, die ook wel discontopercentage wordt genoemd. Er hoeft door het hanteren van het discontopercentage geen rekening te worden gehouden met inflatie. Het totaal van aanlegkosten en gewaardeerde onderhoudskosten wordt de netto contante waarde genoemd. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 11 van 29

13 In literatuur [5, 6] wordt het gegeven dat binnen een vaste analyseperiode er een verschil in restwaarde zal bestaan tussen varianten vermeden, door te veronderstellen dat de geschematiseerde maatregelen cyclisch toegepast kunnen worden. Het nadeel van deze methode is dat de relatie met een werkelijke situatie verdwijnt, voor zover dat al niet het geval is met het hanteren van dit model. Immers op de lange termijn zullen overige invloedsfactoren, zoals gewijzigd gebruik van de weg of bijvoorbeeld de noodzaak tot verbreding in belangrijke mate de levensduur bepalen. Bovendien is de te hanteren totale cyclusduur in het model afhankelijk van de verwachte levensduur van de maatregel. Dit terwijl op voorhand verwacht mag worden dat hierin een grote mate van spreiding aanwezig is. De restwaarde wordt hier berekend door de periode van de resterende levensduur, voor zover deze binnen de analyseperiode valt, te delen door de op dat moment verwachte totale levensduur. Deze ratio kan vervolgens vermenigvuldigd worden met de investering die gedaan is voor het plegen van de maatregel. Het is duidelijk dat in een levensduur-kostenanalyse een verwachting opgesteld moet worden voor de levensduur van de maatregel of de constructie die aangebracht wordt. Hier wordt in het volgende hoofdstuk voor de hier beschouwde case meer aandacht aan besteed Bepalen kosten De kosten voor de onderhoudsmaatregel zijn bepaald op basis van eenheidsprijzen van de, wat omvang betreft, meest belangrijke activiteiten. De maatregel bestaat uit het verwijderen van markering, het frezen van de ZOAB deklaag, het aanbrengen van een profileer- en versterkingslaag, het aanbrengen van een nieuwe ZOAB deklaag en het aanbrengen van markering. Daarnaast zijn de kosten voor het plaatsen en instandhouden van verkeersmaatregelen globaal geraamd. De kosten van de aannemer voor de voorbereiding, uitvoering, controles, inspecties en dergelijke zijn als een percentage van de raming berekend. Er is verondersteld dat de aangegeven onderhoudsmaatregel binnen een vastgestelde analyseperiode meerdere malen toegepast kan worden. Overige uitgangspunten: er zijn geen aanpassingen aan de geleiderail benodigd; het te verwijderen asfalt is niet teerhoudend; de kosten voor verkeersmaatregelen zijn geraamd op basis van het toepassen van een zogenaamd 3-1 systeem; de doorsteken ten behoeve van de verkeersmaatregelen zijn al aanwezig; er is wegvakverlichting aanwezig; er zijn geen afwateringsvoorzieningen die onderhouden moeten worden. De kosten voor voorbereiding, toezicht en administratie bij de wegbeheerder zijn bepaald op basis van een percentage van de uitvoeringskosten. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 12 van 29

14 De filekosten zijn berekend met behulp van een filekostenmodel dat door Rijkswaterstaat Adviesdienst Verkeer en Vervoer ontwikkeld is. In dit model wordt berekend wat de filelengte en wachttijden van de weggebruikers is door een reductie van de wegcapaciteit tijdens onderhoud. Door een bedrag per gebruiker per uur voor de verliestijd aan te nemen, kunnen de maatschappelijke kosten voor de filevorming tijdens het plegen van onderhoud berekend worden. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 13 van 29

15 6. Bepalen levensduurverwachting maatregel Het is essentieel om in een levensduurcyclus-kostenanalyse een betrouwbare levensduurverwachting te hebben van de aan te brengen constructie c.q. maatregel. In dit geval is de levensduur de periode tussen de aanleg en het moment dat de verharding niet meer aan één van de gebruikseisen voldoet. De levensduurverwachting is in deze situatie opgesteld aan de hand van schadeontwikkeling aan het verhardingsoppervlak Ontwikkeling schade Onder invloed van verkeer en klimaat is de verhardingsconstructie aan slijtage onderhevig. De slijtage oftewel schade wordt uitgedrukt in schadeverschijnselen. Een korte opsomming kan als volgt gegeven worden: Samenhang: Scheurvorming Textuur: Rafeling Langsvlakheid: Golfvorming, drempelvorming (bij kunstwerken) Dwarsvlakheid: Spoorvorming Stroefheid: Polijsten Afwatering: Verstoring verkanting Geluidsafdracht: Vervuiling poriën en toename textuurverschillen Typisch voorbeeld van rafeling De ontwikkeling van een afzonderlijk schadeverschijnsel geeft aanleiding tot het plegen van onderhoud. Hiermee is het dus belangrijk om te bepalen welk schadeverschijnsel maatgevend is. In de gebruikseisen is exact omschreven welk percentage schade van welke omvang aanleiding geeft tot het plegen van onderhoud. De relatie die de ontwikkeling van schade in de tijd beschrijft, wordt een gedragsmodel genoemd. De gedragsmodellen zijn een belangrijk instrument in het voorspellen wanneer een verharding onderhoud behoeft. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 14 van 29

16 6.2. Gedragsmodel In de periode tussen 1990 en 2000 is de conditie van een groot aantal wegvakken in Nederland vastgelegd in het kader van het zogenaamde Strategic Highway Research Program [SHRP], [7]. Het Nederlandse deel is flankerend met het onderzoek in de Verenigde Staten uitgevoerd. Door analyse van de verzamelde gegevens zijn er gedragsmodellen beschikbaar gekomen. In de hier beschouwde case is ervoor gekozen om de ontwikkeling van rafeling te beschouwen. Uit het grootschalige SHRP-NL onderzoek blijkt namelijk dat op ZOAB deklagen vrijwel alleen de ontwikkeling van rafeling maatgevend is voor het plegen van onderhoud. Ook het polijsten van de bovenste laag steenslag kan aanleiding zijn tot het plegen van onderhoud. Hiervoor zijn echter geen modellen bekend. Voor de beschrijving van de ontwikkeling van rafeling in ZOAB is er gebruik gemaakt van gegevens uit visuele inspecties. Tijdens een visuele inspectie wordt op basis van een nauw omschreven methode de ernst en omvang van rafeling bepaald. In Nederland zijn er twee methodes beschreven namelijk de methode van het CROW voor Rationeel Wegbeheer [8] en de methode van de Rijkswaterstaat Dienst Weg en Waterbouwkunde [9]. De methode van Rijkswaterstaat voor het bepalen van de omvang van rafeling wijkt af van de CROW-methode. De Rijkswaterstaat-methode gaat uit van het vaststellen van rafeling in de rijsporen daar waar de CROW-methode uitgaat van het vaststellen van de rafeling op het totale oppervlak. De methodes komen overeen voor wat betreft het bepalen van de ernst van de schade. In het SHRP model is de CROW-methode tijdens de inspectie gehanteerd. Er bestaat een vrij goede correlatie tussen de geconstateerde schadeomvang volgens beide methodes. Zodoende is het ook mogelijk om op basis van het SHRP model een verwachting voor de ontwikkeling van rafeling op rijkswegen te geven (zie figuur 2). Gemiddelde ontwikkeling rafeling ZOAB deklaag (CROW Publicatie 169) % van het totale wegoppervlak Zonder Rafeling Lichte Rafeling Matige Rafeling Ernstige Rafeling Levensduur [jaar] Figuur 2 Ontwikkeling rafeling in de tijd Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 15 van 29

17 In de eisen aan de verharding is in dit rapport voor een sterk vereenvoudigde benadering gekozen voor het beschrijven van rafeling, omdat de inspectiemethode omslachtig lijkt voor het verkrijgen van een betrouwbaar resultaat. Er is vanuit gegaan dat de eisen aan stroefheid en geluidsreductie maatgevend worden bij omvangrijke rafeling. Overigens is onlangs uit proeven gebleken dat de omvang van steenverlies goed met textuurlasermetingen bepaald kan worden, waardoor ruimte ontstaat voor een meer gespecificeerde eis voor rafeling [10]. In dit rapport is voor het gedrag van het oppervlak ten aanzien van rafeling aangesloten bij de huidige bepaling van rafeling in ernst en omvang conform de Rijkswaterstaat-methode. Zonder nader onderzoek is daarbij verondersteld dat de vereenvoudigde eis overeenkomt met de huidige praktijk. Het beschrijven van de ontwikkeling van schade in ZOAB is vrij ingewikkeld, omdat zowel het verloop van de ernst als de omvang beschreven moet worden. Er is een kansmodel ontwikkeld waarmee de kans op het optreden van schade van een bepaalde omvang op een bepaald tijdstip voorspeld kan worden [7]. Er is bij de beoordeling van de veldgegevens geconstateerd dat er een aanzienlijke spreiding aanwezig is in het gedrag ten aanzien van rafeling op ZOAB deklagen. Deze spreiding is in het SHRP onderzoek beschreven met een gamma verdeling. Het moment voor het plegen van onderhoud wordt bepaald aan de hand van een door Rijkswaterstaat opgestelde richtlijn. De richtlijn beschrijft het criterium voor het schadeniveau in ernst en omvang. In tabel 1 is de schaderichtlijn voor het constateren van rafeling op een ZOAB deklaag weergegeven. Een wegvak is in de Rijkswaterstaat schadebeoordelingsmethode gedefinieerd als een rijstrook met een lengte van 100 m. Ernst van de schade Licht: Matig: 6 tot 10% steenverlies binnen een representatieve m 2 11 tot 20% steenverlies binnen een representatieve m 2 Ernstig: meer dan 20% steenverlies binnen een representatieve m 2 Omvang van de schade Gering: tot 15% van de lengte van een wegvak Beperkt: 15% tot en met 25% van de lengte van een wegvak Groot: meer dan 25% van de lengte van een wegvak Tabel 1 Schaderichtlijn voor het plegen van onderhoud in verband met de ontwikkeling van rafeling in ZOAB Het Rijkswaterstaat criterium voor het plegen van onderhoud is het ontstaan van matige rafeling over een grote omvang of ernstige schade van welke omvang dan ook. Bij het ontstaan van ernstige schade over een geringe omvang zal er over het algemeen niet overgegaan worden tot het plegen van groot onderhoud. Het lokaal beschadigde gedeelte zal door middel van klein onderhoud vervangen worden. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 16 van 29

18 Voor het plegen van groot onderhoud is de ontwikkeling matige schade van belang, omdat verwacht mag worden dat deze zich als eerste over een grote omvang zal manifesteren. Uit het kansmodel van het SHRP onderzoek zijn de in tabel 2 vermelde levensduren gevonden voor de ontwikkeling van meer dan 25% matige rafeling. Percentiel Periode tot 25% matige rafeling [jaar] 5 10, , , , ,8 Tabel 2 Ontwikkeling van matige rafeling in ZOAB met kansmodel SHRP onderzoek Uit tabel 2 kan opgemaakt worden, dat de volgens dit kansmodel bepaalde levensduren erg hoog zijn, wanneer ze vergeleken worden met in de literatuur aangehaalde waarden van 8 tot 12 jaar [2]. In de CROW systematiek voor Rationeel Wegbeheer wordt als richtlijn voor het plegen van onderhoud de ontwikkeling van 5% ernstige rafeling genoemd. Een nadere beschouwing van het SHRP-model leert, dat het voorkomen van ernstige rafeling maatgevend is voor de levensduur. Indien de verdeling voor het ontstaan van ernstige rafeling beschouwd wordt, worden de in tabel 3 vermelde levensduren verkregen. Percentiel Periode tot 5% ernstige rafeling [jaar] 5 7,7 15 8, , , ,9 Tabel 3 Ontwikkeling van ernstige rafeling in ZOAB met kansmodel SHRP onderzoek De in tabel 3 vermelde waarden zijn meer in overeenstemming met de in de literatuur aangehaalde gegevens. Op het moment dat er 5% ernstige rafeling is ontstaan, zal er volgens het model circa 70% lichte rafeling en 12% matige rafeling zijn ontstaan. Daarnaast is gerapporteerd dat in de periode van het SHRP onderzoek, ZOAB deklagen in veel gevallen al vervangen werden voor het theoretische einde van de levensduur. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 17 van 29

19 Het is daarom aannemelijk dat het kansmodel voor het ontstaan van 5% ernstige rafeling het moment, dat er onderhoud gepleegd wordt vrij goed beschrijft. Het model voor het ontstaan van 5% ernstige rafeling is daarom als bruikbaar aangenomen. In figuur 3 is de kansverdeling voor de levensduur van twee typen ZOAB opgenomen. Als variant voor het toepassen van ZOAB conform de Standaard RAW Bepalingen [1] wordt gekozen voor de toepassing van hoogwaardig ZOAB. Uit literatuur [3,11] blijkt dat de toepassing van ZOAB met polymeergemodificeerd bitumen, in combinatie met hoogwaardige steen, door verschillende factoren een hogere levensduur na aanleg zal bezitten. In eigen beheer is door Ooms Avenhorn Holding laboratoriumonderzoek uitgevoerd naar de scheurtaaiheid van conventionele en Sealoflex polymeergemodificeerde mengsels. Dit onderzoek is uitgevoerd op verse en kunstmatig verouderde ZOAB mengsels (invloed van water, zout, veroudering). Uit het laboratoriumonderzoek kan worden geconcludeerd, dat bij een voldoende uitgebreid onderzoek, waarbij klimaateffecten representatief worden meegenomen, een mengsel met hoogwaardige bitumen en steenslag ook in het laboratorium aantoonbaar duurzamer is dan standaard ZOAB. Doordat het aantal toegepaste wegvakken met hoogwaardig ZOAB beperkt is en bovendien deze wegvakken niet op de intensieve wijze visueel onderzocht zijn zoals in het SHRP onderzoek, is het niet mogelijk om een modelmatige aanpak te gebruiken voor het bepalen van de levensduur van hoogwaardig ZOAB. Uit een beschouwing van wegvakken, waarop een ZOAB met hoogwaardig polymeergemodificeerd bitumen is toegepast, kan wel bij benadering vastgesteld worden wat de kansverdeling van de levensduur van een dergelijke deklaag is. Het betreft een tweetal wegvakken die in 1988 (A12 bij Arnhem) en 1990 (A28 bij Hoevelaken) zijn aangelegd [11]. De periode tussen aanleg en groot onderhoud op deze wegvakken is 16, respectievelijk 15 jaar. Hieruit kan worden opgemaakt, dat de levensduur van hoogwaardige ZOAB deklagen inderdaad op een hoger niveau ligt. Beredeneerd kan worden dat de spreiding in de levensduur bij een polymeergemodificeerde ZOAB deklaag kleiner is. Een belangrijk aspect voor de levensduur van een ZOAB mengsel is namelijk de filmdikte van het bindmiddel rond het aggregaat. Door het afdruipen en ontmengen van het ZOAB mengsel gedurende het transport en de verwerking zal deze filmdikte variëren. Aangetoond is dat door toepassing van een hoogwaardig polymeergemodificeerd bindmiddel het afdruipen en ontmengen van het mengsel zal verminderen, zelfs bij een hoger bindmiddelgehalte [4]. Hierdoor zal de filmdikte van het bindmiddel rond het aggregaat dikker zijn en minder spreiding vertonen. De levensduur zal daarom ook minder spreiding vertonen. Dit wordt bevestigd door het bovengenoemde laboratoriumonderzoek, waarbij hoogwaardig ZOAB kleinere variatiecoëfficiënten in mechanische eigenschappen te zien gaf. Ook speelt dat polymeerbitumen binnen nauwe bandbreedtes wordt geproduceerd, terwijl standaard bitumen onvoldoende qua homogeniteit van relevante mechanische eigenschappen beoordeeld wordt. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 18 van 29

20 Frequentie [%] Levensduurspreiding ZOAB deklagen Hoogwaardig ZOAB Standaard ZOAB Levensduur [jaar] Figuur 3 Levensduurspreiding van ZOAB Gebaseerd op de gemiddelde levensduur die is gevonden op de twee wegvakken is er een kansverdeling voor hoogwaardig ZOAB afgeleid. Hiervoor is ook een gamma verdeling genomen, welke in figuur 3 is weergegeven. Het SHRP model voor rafeling op ZOAB deklagen is overigens niet verklarend voor diverse parameters zoals verkeersintensiteit, mengselsamenstelling en dergelijke. In het SHRP onderzoek is geconcludeerd dat met de (toenmalige!) stand der techniek tijdens het onderzoek, de verklarende verbanden over het algemeen zwak zijn. Verwacht wordt dat door de ontwikkeling in laboratoriumproeven en FEM-analysetechnieken deze verbanden in de toekomst wel gelegd kunnen worden. De waarde van het kennen van de levensduurverdeling is dat later in een levensduurcyclus-analyse de waarschijnlijkheid van een bepaalde uitkomst vastgesteld kan worden. Hierdoor is het mogelijk om de varianten op een vastgesteld betrouwbaarheidsniveau te evalueren. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 19 van 29

21 7. Onderhoudsscenario en berekend resultaat 7.1. Onderhoudsscenario Het onderhoudsscenario is opgesteld aan de hand van de in paragraaf 6.2 genoemde kansmodellen. Na het plegen van de eerste onderhoudsmaatregel bezit de verharding een levensduur die door het kansmodel beschreven wordt. Na het verstrijken van deze levensduur wordt er verondersteld dat de deklaag opnieuw vervangen wordt conform de in het eerste jaar aangebrachte maatregel. Er wordt ook verondersteld dat deze tweede deklaag onafhankelijk zal presteren van de eerste maatregel. Een toename van de verkeersbelasting in de toekomst wordt hierbij dus buiten beschouwing gelaten (er wordt verondersteld dat productverbetering hiermee gelijke tred houdt). Voor de eenvoud van deze levensduurcyclus-kostenberekening is er geen klein onderhoud meegenomen in het onderhoudsscenario. De reden hiervoor is dat het klein onderhoud een kleine invloed heeft op de berekende totale levensduurcyclus-kosten. Aangezien de verwachte levensduur van de ZOAB deklaag maximaal ongeveer 20 jaar bedraagt, is er gekozen voor een analyseperiode van 20 jaar. Het discontopercentage is vastgesteld op 4% Resultaat berekening uitvoering maatregel In bijlage A is voor beide varianten een overzicht gegeven van de geraamde kosten van uitvoering van de werkzaamheden inclusief voorbereiding en toezicht. De kosten van een ton hoogwaardig ZOAB zijn ongeveer 30% hoger dan van RAW Standaard 2000 ZOAB. Op het gehele project bezien zijn de aanschafkosten voor de variant met hoogwaardig ZOAB nog geen 10% hoger. De raming is bewust eenvoudig van opzet gehouden omdat dit een rekenvoorbeeld betreft. Op basis van de gemiddelde verwachte levensduur is het onderhoudsscenario met berekende kosten zoals weergegeven in tabel 4 en 5. Jaar na aanleg Maatregel Kosten maatregel (/m 2 ) Discontofactor 0 ZOAB aanbrengen 26,90 1,00 11 ZOAB vervangen 26,90 0,65 20 Restwaarde 2 jaar -2/11*26,90 = -4,89 0,46 Totale netto contante waarde (/m 2 ) 42,14 Tabel 4 Resultaten netto contante waarde kostenberekening op basis van een gemiddelde levensduur van een RAW Standaard 2000 ZOAB Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 20 van 29

22 Jaar na aanleg Maatregel Kosten maatregel (/m 2 ) Discontofactor 0 Hoogwaardig ZOAB aanbrengen 29,00 1,00 14 Hoogwaardig ZOAB vervangen 29,00 0,58 20 Restwaarde 8 jaar -8/14*29,00 = -16,57 0,46 Totale netto contante waarde (/m 2 ) 40,23 Tabel 5 Resultaten netto contante waarde kostenberekening op basis van een gemiddelde levensduur van een hoogwaardig ZOAB De vermelde bedragen voor de netto contante waarde zijn de levensduurcyclus-kosten voor de uitvoeringskosten. De filekosten zijn nog niet berekend, maar worden in de volgende paragraaf behandeld. Het is belangrijk om hier op te merken dat de gepresenteerde netto contante waarde bedragen ter evaluatie van verschillende varianten dienen. Door het hanteren van een restwaarde is er geen relatie te leggen tussen de daadwerkelijke betaling aan de aannemer. Ook is nog geen relatie gelegd met de wijze waarop een eventueel prestatiecontract zou moeten worden vormgegeven. In hoofdstuk 9 wordt hier kort op ingegaan Resultaat berekening filekosten Ten behoeve van het bepalen van de filekosten is het model van de Rijkswaterstaat Adviesdienst Verkeer en Vervoer gebruikt. In dit model wordt op basis van geregistreerde intensiteitgegevens op telpunten in het rijkswegennet een berekening uitgevoerd van de te verwachten filelengte en de verliestijden bij onderhoud. In dit rekenvoorbeeld is gebruik gemaakt van de gegevens op het telpunt in rijksweg 7 tussen Avenhorn en Hoorn. De capaciteit van dit wegvak in een normale situatie wordt op 4320 motorvoertuigen per uur per rijrichting geschat. In het geval van onderhoud met een 3-1 systeem is er handmatig een gereduceerde capaciteit van 3500 motorvoertuigen per uur per rijrichting ingevoerd. Zowel in de ongestoorde situatie als in de situatie met een gereduceerde capaciteit is er geen rekening gehouden met de effecten van in- en uitvoegend verkeer, hoewel verwacht mag worden dat dit invloed heeft op het berekende resultaat. Er is rekening gehouden met een uitvoeringsduur van de onderhoudsmaatregel van 3 weken per rijbaan. De uitvoeringsperiode is van eind augustus tot ongeveer half september. De berekening van de filekosten in de toekomst is berekend op basis van een groei van de intensiteit met 2% per jaar. In bijlage B is een overzicht gegeven van de resultaten van een filekostenberekening met het Rijkswaterstaat model voor het bovengenoemde voorbeeld. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 21 van 29

23 Uit de berekening blijkt dat de filekosten door de groei van de intensiteit exponentieel toenemen per jaar. Dit is weergegeven in figuur 4. Berekende filekosten gedurende onderhoud Berekende filekosten (euro) Jaar vanaf het basisjaar (2004) Figuur 4 Berekende filekosten als gevolg van wegonderhoud (case A7 bij Hoorn) De filekosten bij het plegen van groot onderhoud op rijksweg 7 nabij Hoorn bedragen in 2005 conform de berekening ongeveer ,--. In een prestatiebestek dat vrij recent door Rijkswaterstaat is aanbesteed, wordt het principe van rijstrookhuur gehanteerd [12]. Er wordt een tarief gehanteerd van 150,-- per half uur onttrekking van een rijstrook voor openbaar verkeer. In de aangenomen werksituatie op rijksweg 7 is geen sprake van rijstrookonttrekking, maar van een gereduceerde capaciteit. Ten behoeve van de berekening is gesteld dat capaciteitsvermindering en rijstrookvermindering als gelijkwaardig aan elkaar kunnen worden gesteld. Bij een uitvoeringsduur van 6 weken (42 dagen) bedraagt de totale rijstrookhuur circa ,--. In de eerste jaren wordt met het genoemde tarief van rijstrookhuur dus een overschatting gemaakt van de maatschappelijke kosten. Uit figuur 4 kan opgemaakt worden dat, indien de filekosten geëxtrapoleerd worden over een periode van 20 jaar, deze kosten een onrealistisch groot aandeel krijgen in de kostenberekening. Bovendien zal de totale filelengte gedurende onderhoud aan een maximum gebonden zijn, door factoren die niet in het model beschouwd worden, zoals een gewijzigde routekeuze of transportmiddel. In deze praktijkstudie is daarom de volgende methode voorgesteld voor het innen van kosten van rijstrookhuur: In het eerste jaar van onderhoud worden de filekosten op een realistisch niveau doorberekend. Dat is in dit geval 75,-- per half uur capaciteitsvermindering binnen het wegvak. Na het eerste jaar worden de filekosten berekend gebruikmakend van een tarief van 300,-- per half uur capaciteitsvermindering binnen het wegvak. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 22 van 29

24 De kosten in het eerste jaar zijn onvermijdelijk. Door toch een tarief te hanteren voor rijstrookhuur wordt een stimulans gegeven voor een snellere uitvoering. In de eerste jaren daarna is de gehanteerde rijstrookhuur (veel) hoger dan de berekende filekosten. Het verschilbedrag kan als malus worden gezien bij een te korte levensduur van de maatregel. In de latere jaren slaat dit om naar een bonus. De rijstrookhuur kan een substantieel aandeel vormen van de berekende levensduurcyclus-kosten. Er is daarom voor gekozen om deze kosten ook apart te presenteren. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 23 van 29

25 8. Risicobenadering op berekend resultaat De spreiding in de verwachte levensduur van de deklaag zal een grote invloed hebben op de uiteindelijk bepaalde levensduurcyclus-kosten. Op zijn minst moet een levensduurcycluskostenanalyse vergezeld gaan van een gevoeligheidsanalyse. In een stap verder wordt de invloed van spreiding van de diverse parameters op het berekende resultaat volledig gekwantificeerd met behulp van een model voor risicoanalyse. In deze praktijkstudie is de levensduurverwachting als een continue (gamma) kansverdeling gegeven. Het is daarom mogelijk om met behulp van een Monte Carlo simulatie de invloed van spreiding in de levensduur op het berekende resultaat te kwantificeren [6]. Het resultaat van deze simulatie is een kansverdeling van de berekende netto contante waarde. In deze kansverdeling is het risico dat samenhangt met de onzekerheid op projectniveau in de levensduur door de ontwikkeling van rafeling in ZOAB geïsoleerd weergegeven. Overige onzekerheden kunnen na onderzoek eveneens als risico geïntroduceerd worden in het model. De natuurlijke spreiding op netwerkniveau is aanwezig vanwege verschillende belastingcondities, het gebruik van verschillende typen materialen/mengselcomponenten (binnen de bandbreedte van RAW Standaard 2000 ZOAB), verschillen in aanlegomstandigheden c.q. expertise verwerker, enz. Opgemerkt wordt dat er verschillende methodes zijn om de kansverdeling van het berekende resultaat te berekenen. Het gaat te ver om hier een beschouwing te geven van deze methodes. Er is hier gekozen voor een Monte Carlo simulatie, omdat er een kansverdeling beschikbaar is en het te berekenen model zodoende relatief eenvoudig is. In figuur 5 is het berekende resultaat van de simulatie weergegeven. 60 Levensduurcyclus-kosten ZOAB deklaag vervangen 55 Netto contante kosten (euro/m 2 ) RAW Standaard 2000 ZOAB RAW Standaard 2000 ZOAB met filekosten Hoogwaardig ZOAB Hoogwaardig ZOAB met filekosten Gesommeerde waarschijnlijkheid [%] Figuur 5 Verdeling van waarschijnlijkheid berekende netto contante kosten Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 24 van 29

26 De gesommeerde waarschijnlijkheid op de horizontale as in figuur 5 is de kans dat de levensduurcyclus-kosten lager zijn dan de in de grafiek weergegeven lijnen. Uit figuur 5 kan opgemaakt worden dat de spreiding in de berekende kosten door de spreiding in de verwachte levensduur van een ZOAB deklaag behoorlijk groot is. Dit mag op basis van de gegeven spreiding in levensduur ook wel verwacht worden. In dit specifieke geval is over vrijwel het gehele waarschijnlijkheidsinterval de berekende netto contante waarde van de kosten bij de variant met een hoogwaardig ZOAB lager dan met een RAW Standaard 2000 ZOAB. De kans is slechts 5% dat de levensduurcyclus-kosten van een Standaard 2000 ZOAB lager uitvallen dan die van hoogwaardig ZOAB. In tabel 6 zijn de berekende levensduurcyclus-kosten op een kans- of betrouwbaarheidsniveau van 50 c.q. 85% weergegeven. Er bestaat een klein verschil tussen de in tabel 6 weergegeven waarde op 50% en de in tabel 4 en 5 vermelde waardes. Dit heeft te maken met het feit dat de berekende gemiddelde levensduren in de kanssimulatie niet precies op de afgeronde waardes van tabel 4 en 5 liggen. Kansniveau Standaard 2000 ZOAB Berekende netto contante kosten ( /m 2 ) Standaard 2000 ZOAB met filekosten Hoogwaardig ZOAB Hoogwaardig ZOAB met filekosten 50% 41,40 45,40 38,70 41,90 85% 46,70 52,10 42,20 46,10 Tabel 6 Berekende netto contante kosten van het vervangen van een ZOAB deklaag Door het hanteren van een risicobenadering in de levensduurcyclus-kostenanalyse kan niet alleen over het gemiddelde, maar ook over het gehele waarschijnlijkheidsinterval een uitspraak gedaan worden over de verhouding van de berekende kosten per variant. Zo kan bijvoorbeeld geëist worden dat het berekende resultaat geëvalueerd wordt op een 85% kansniveau, zoals in tabel 6 is weergegeven. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 25 van 29

27 9. Conclusies en discussiepunten In deze rapportage is beschreven op welke wijze een levensduurcyclus-kostenanalyse op wegaanleg en -onderhoud uitgevoerd zou kunnen worden. In de levensduurcyclus-kostenanalyse zijn de kosten van aanleg en onderhoud van het vervangen van een ZOAB deklaag op een rijksweg binnen een periode van 20 jaar beschouwd. Er is hierbij rekening gehouden met de kosten voor uitvoering en de kosten voor rijtijdverlies van de weggebruikers door files. De voornaamste conclusies uit de studie, met betrekking tot de benaderingswijze, zijn als volgt: Het is lastig om voorspellingen te doen over de levensduur van wegconstructies. Dit is zelfs het geval voor veelvuldig toegepaste en bewezen technieken/producten en zeker voor nieuwe producten. De levensduur heeft de grootste invloed op het berekende resultaat. Door een combinatie van (geavanceerd) laboratoriumonderzoek, fysisch-mechanische modellering en de prestatie in de praktijk kunnen betrouwbaardere/rationele gedragsmodellen ontwikkeld worden om de invloed van productverbeteringen te kunnen bepalen (zie bijlagen C en D). Het is noodzakelijk om het aantal invloedsfactoren op de levensduur van de constructie te beperken bij het bepalen van de levensduurcyclus-kosten om de omvang van een dergelijke analyse beperkt te houden. Het uitvoeren van een risicobenadering bij het bepalen van de levensduurcyclus-kosten is behulpzaam om de invloed van spreiding in de invoerparameters op het resultaat vast te stellen. De risico s die samenhangen met verschillende ontwerpvarianten kunnen dan op kostenniveau op een uniforme wijze onderling gewogen worden. Daarnaast is een risicobenadering behulpzaam indien er een risicoverdeling tussen aannemer en opdrachtgever van toepassing is. Filekosten kunnen als gebruikerskosten worden gezien. Omdat de kosten door files niet in rekening gebracht worden kan het totaal aan filekosten als maatschappelijke kosten worden beschouwd. Het is mogelijk om de filekosten per project te berekenen. Het berekende resultaat is daarbij sterk afhankelijk van de gekozen uitgangspunten. De filekosten kunnen in een contract bij de aannemer in rekening worden gebracht door middel van rijstrookhuur. Door het berekenen van de filekosten is het mogelijk om te bepalen welke rijstrookhuur in overeenstemming is met kosten door files op projectniveau. Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 26 van 29

28 De volgende discussiepunten zijn uit de studie naar voren gekomen: In de huidige prestatiebestekken voor het onderhoud van ZOAB deklagen op rijkswegen wordt een garantieperiode van 5 of 7 jaar [12] of soms 3 jaar [13] gehanteerd. Op basis van het gedragsmodel van ZOAB met betrekking tot de ontwikkeling van rafeling kan geconcludeerd worden dat een periode van 3, 5 of 7 jaar geen productinnovatie uitlokt. Om tot de toepassing van producten met een hogere kwaliteit te komen, moeten in prestatiebestekken de garantieperiodes ten minste overeenkomen met de gemiddelde levensduur van de op dat moment gebruikelijke producten. Het toepassen van hoogwaardige producten zal in veel gevallen leiden tot een reductie in directe kosten en ook in een reductie van de totale maatschappelijke kosten 2. Dit was één van de belangrijkste doelstellingen van prestatiecontracten, die echter met de huidige aanpak niet gerealiseerd zal worden. 2 Ook uit milieu-oogpunt is het aan te bevelen voor deze aanpak te kiezen [14] Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 27 van 29

29 10. Literatuur [1] Standaard RAW Bepalingen 2000 CROW Ede, 2000 [2] Zeer open asfalt beton VBW-asfalt Breukelen 1997 [3] ZOAB restlevensduur CROW Publicatie 103 Ede, 1996 [4] Ontmenging ZOAB ontrafeld CROW-Rapport Ede, 2004 [5] Handleiding Wegenbouw, Ontwerp Verhardingen Rijkswaterstaat, Dienst Weg- en Waterbouwkunde Delft, December 1998 [6] Life cycle cost analysis in pavement design US Department of Transportation, Federal Highway Administration Publication No. FHWA-SA Washington, September 1998 [7] Modellen voor wegbeheer Eindrapport SHRP-NL CROW Publicatie 169 Ede, 2002 [8] Schadecatalogus visuele inspectie CROW Publicatie 146b Ede, 2001 [9] Schadebeoordeling en interventieniveaus voor het verhardingsonderhoud Brochure Rijkswaterstaat, Dienst Weg- en Waterbouwkunde Delft, 2002 [10] Detectie rafeling door middel van textuurlasermetingen CROW-rapport Ede, 2005 Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 28 van 29

30 [11] Noise measurements on porous asphalt with Sealoflex bitumen Van Keulen advies Vlijmen, juni 2005 [12] Bestek en voorwaarden ZHT voor het realiseren van spits- en plusstroken op rijksweg 13, 20 en 27 Rijkswaterstaat Directie Zuid-Holland, 2004 [13] Bestek en voorwaarden voor het voorbereiden en uitvoeren van onderhoud aan asfaltbetonverhardingen op gedeelten van rijksweg 3, 4, 11, 12, 13, 15, 16, 20, 27, 29, 38, 44, 57 en 59 Rijkswaterstaat Directie Zuid-Holland, 2005 [14] LCA verhardingsconstructies Sealoflex R.R. Seijdel, PRC Bouwcentrum, april 2004 Levensduurcyclus-kostenanalyse Pagina 29 van 29

31 Bijlage A Opzet Kostenraming

32

33

34 Bijlage B Voorbeeld berekening filekosten

35 Bijlage B Overzicht uitvoerschermen filekostenberekening

36

37

38

39

40 Bijlage C Mechanische aspecten van rafeling in ZOAB dr.ir. A.H. de Bondt Asfalt nr

41 Postbus 1 Tel ZG Avenhorn Fax Research & Development Publicatie dr.ir. A.H. de Bondt MECHANISCHE ASPECTEN VAN RAFELING IN ZOAB gepubliceerd in Asfalt nr VWB Asfalt, Breukelen

42

43

44 Bijlage D Gekoppelde fysisch-chemische en mechanische modellering van schade in ZOAB A.H. de Bondt, R.C. van Rooijen, A. Scarpas, N. Kringos Wegbouwkundige Werkdagen, Doorwerth, juni 2004

45 P.O. Box 1 Phone ZG Avenhorn Fax The Netherlands Internet Research & Development Conference Papers A.H. de Bondt, R.C. van Rooijen A. Scarpas, N. Kringos GEKOPPELDE FYSISCH-CHEMISCHE EN MECHANISCHE MODELLERING VAN SCHADE IN ZOAB Wegbouwkundige Werkdagen, Juni 2004 Doorwerth

46 Gekoppelde Fysische- Chemische- en Mechanische Modellering van Schade in ZOAB Arian de Bondt, Ronald van Rooijen Ooms Avenhorn Holding BV Tom Scarpas, Niki Kringos Sectie Constructie Mechanica, Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen, TU Delft Met de grootschalige introductie van Zeer Open Asfalt Beton (ZOAB) op de Nederlandse wegen heeft ZOAB voor veel verbeteringen gezorgd. Het waterdoorlatend vermogen en de geluidsreducerende eigenschappen zijn voor vele weggebruikers en omwonenden een zegen. ZOAB is echter erg kwetsbaar gebleken voor rafeling (steenverlies). Vroegtijdige reparaties en hoge kosten zijn de negatieve gevolgen. In de sectie Constructie Mechanica aan de TU Delft wordt momenteel gewerkt, in samenwerking met Ooms Avenhorn Holding BV, aan een numeriek schademodel dat zowel de fysische, de chemische en de mechanische aspecten van ZOAB beschouwt. Het model zal de wegenbouw industrie in staat stellen in de toekomst betere schadevoorspellingen te kunnen doen en betere ZOAB mixen te produceren. Trefwoorden: Numeriek model, waterschade in ZOAB, rafeling

47 1.1 Waterschade in ZOAB Met de grootschalige introductie van Zeer Open Asfalt Beton (ZOAB) op de Nederlandse wegen heeft het materiaal asfalt veel waardering geoogst. Het waterdoorlatend vermogen en de geluidsreducerende eigenschappen van ZOAB zijn voor vele weggebruikers en omwonenden een zegen. Doordat ZOAB (bij definitie) een zeer open materiaal is, hebben weggebruikers geen last meer van water dat op het wegdek accumuleert. Dit betekent echter dat het water nu door het asfalt heen gaat, het vaak in een half of volledig verzadigde staat latend. Het water heeft een kwalijk effect. De samenstelling, de materiaaleigenschappen van het asfalt en de chemie van de verschillende componenten veranderen. Tevens wordt de binding tussen de stenen en de omringende mastiek aangetast. Een gevolg hiervan is dat ZOAB te vroeg zijn stenen verliest, het rafelt. Deze vorm van schade is dan ook maatgevend voor het uitvoeren van onderhoud op rijkswegen. In versterkte mate is dit uitrijden van stenen een probleem op plaatsen met wringend, afremmend en optrekkend verkeer; bij uitritten, in krappe bochten en bij op- en afritten. Bij sommige knooppunten van autosnelwegen dient onderhoud in de vorm van frezen en een nieuwe laag ZOAB aanbrengen, binnen enkele jaren plaats te vinden; in het extreme geval zelfs binnen een jaar. 1.2 Onderzoek in het verleden Opvallend is dat het fenomeen van rafeling in ZOAB qua interne interacties van de verschillende componenten nooit diepgaand onderzocht is. Een voor de hand liggende reden hiervoor is dat ZOAB een vrij nieuw materiaal is dat pas in de afgelopen jaren zijn voor- en nadelen heeft laten zien. Een andere reden is dat asfalt een dusdanig complex materiaal is dat het vrij moeilijk is om een enkel aspect (bijv. de mechanische eigenschappen) te onderzoeken zonder daarbij andere aspecten te moeten betrekken (bijv. de chemische samenstelling). Vandaar dat in dit huidige onderzoek zowel de fysische als de chemische en de mechanische factoren die van invloed zijn op ZOAB onderzocht en gemodelleerd worden. 1.3 Het huidige onderzoek Figuur 1: Rafeling in ZOAB 1

48 In de sectie Constructie Mechanica, TU Delft, wordt in samenwerking met Ooms Avenhorn Holding BV, gewerkt aan een, op micro-mechanica gebaseerd, numeriek model dat zowel de fysische als de chemische en de mechanische aspecten van ZOAB in acht neemt. Dit model focust zich op de discrete simulatie van de individuele componenten van het asfalt mengsel, figuur 2. De diverse materiaaleigenschappen zullen worden bepaald aan de hand van verschillende laboratorium testen. Figuur 2: Eindige elementen representatie van de verschillende componenten van een asfalt mix. Van links naar rechts: de mastiek, de mastiek met de hechtingslaag, een aggregaat omringt door mastiek met daar tussen de hechtingslaag. Nadruk wordt met name gelegd op de bepaling van de fysische eigenschappen (stijfheid, sterkte) van de hechtingslaag tussen de stenen en omringende mastiek. Om deze reden worden er onder andere waterdoorlatendheids testen, blister testen, oppervlakte energie testen, push-through testen en fluorescent microscoop onderzoek, figuur 3, uitgevoerd. Figuur 3: Fluoroscene microscoop beelden Voor het numerieke model is de mengseltheorie gebruikt, als basis voor de geldende vergelijkingen voor spanningen, waterdamp - en waterstroming in het vervormbare medium. Door gebruik te maken van het concept volume fracties kunnen de verbindingen tussen lokale effectieve grootheden en globale gemiddelde grootheden verkregen worden voor het beschrijven van het gedrag van het heterogene materiaal. Dit onderzoek zal bijdragen aan het kwantitatieve inzicht in de fenomenen en processen die de schade in ZOAB mixen veroorzaken. Het numerieke model zal de wegenbouw industrie in staat stellen beter gefundeerde materiaalselecties uit te voeren die tot geoptimaliseerde ZOAB mixen zullen leiden. 2