Het schoonste wegdek: ModieSlab

Transcriptie

1 Het schoonste wegdek: ModieSlab Lagere rolweerstand en minder slijtage, dus betere luchtkwaliteit! Bureaustudie voor Frisse kijk op luchtkwaliteit

2 Colofon Deze bureaustudie is uitgevoerd in het kader van de prijsvraag Frisse kijk op luchtkwaliteit van het Innovatieprogramma Luchtkwaliteit van Rijkswaterstaat. Deze studie is een vervolg op de inschrijving van ModieSlab Vof. ModieSlab Vof is een consortium van een drietal bedrijven: Arcadis NV, Heijmans Beton- en Waterbouw BV en Beton Son BV. De inschrijving is in samenwerking met M+P - raadgevende ingenieurs tot stand gekomen. M+P is een internationaal opererend advies- en onderzoeksbureau werkzaam op het gebied van geluid, trillingen, lucht en bouwfysica. Deze bureaustudie is uitgevoerd door ModieSlab Vof, M+P en Heijmans Infrastructuur b.v., waarbij voor de rolweerstandsmetingen gebruik gemaakt is van de expertise van de TU Gdansk. Dit rapport is opgesteld door: drs. A.W.F.M. van Deurzen, projectleider ModieSlab Vof P.E. van Hinthem, Heijmans Infrastructuur b.v. ir. D.F. de Graaff, M+P raadgevende ingenieurs ir. J. Hooghwerff, M+P raadgevende ingenieurs Versie: 2 december

3 1 Inleiding 1.1 Doel van bureaustudie Doel van deze bureaustudie is om middels bureaustudie en metingen aan te tonen dat de rolweerstand van ModieSlab significant lager is dan die van ZOAB. Daarnaast om aan te tonen dat ModieSlab minder banden- en wegdekslijtage heeft. De vertaalslag naar het effect op de luchtkwaliteit zal kwalitatief gedaan worden. Deze bureaustudie is uitgevoerd in het kader van de prijsvraag Frisse kijk op luchtkwaliteit van Rijkswaterstaat [1]. Voor meer informatie over het concept ModieSlab en de ideeën bij de inzending verwijzen we naar hoofdstuk 2. De verwachting is dat ModieSlab van alle wegdektypen die in Nederland gebruikt worden het beste scoort op het gebied van lage rolweerstand en lagere (banden)slijtage en daarmee voor de luchtkwaliteit. In het inschrijfdocument is dit gekwantificeerd met de verwachting dat de rolweerstand van ModieSlab minimaal 20% onder die van ZOAB ligt en dat de reductie voor de luchtemissie op minimaal 5% wordt geschat. Omdat het idee gekoppeld is aan een concreet ontwikkeld product waar reeds enkele experimenten zijn uitgevoerd hebben we in onze inschrijving het aanbod gedaan om in de bureaustudie al metingen uit te voeren om de betere eigenschappen wat betreft rolweerstand (en daaraan gerelateerde effecten op de luchtkwaliteit) ook kwantitatief aan te tonen. Hetzelfde geldt voor het onderdeel banden- en wegdekslijtage. 1.2 Aanpak De bureaustudie concentreert zich op twee delen: invloed van het wegdek op de rolweerstand van banden; invloed van het wegdek op banden- en wegdekslijtage. Daarnaast wordt nog kort ingegaan op de invloed van het wegdek op de grip. Dit is momenteel zeer relevant, omdat de EU heeft aangekondigd eisen te gaan stellen aan de rolweerstand en grip van banden. Het blijkt dat bij banden deze eisen enigszins tegenstrijdig zijn. Het verbeteren van de rolweerstand van banden gaat vaak ten koste van de grip. In deze studie wordt kort onderzocht of deze zelfde tegenstrijdigheid ook bij wegdekken bestaat en wat de invloed van de ModieSlab-constructie hierop is. De resultaten van de metingen op ModieSlab worden steeds vergeleken met meetresultaten op ZOAB 6/16. Daarnaast zijn voor zover mogelijk resultaten van andere wegdekken (2-laags ZOAB, DAB 0/16 et cetera) meegenomen. De aanpak is gebaseerd op zowel literatuuronderzoek als metingen. Literatuuronderzoek Op basis van een literatuurstudie worden de meest recente inzichten met betrekking tot het effect van het wegdektype op de rolweerstand, wegdek- en bandenslijtage en daaraan gekoppeld de emissie op een rij gezet. Nagegaan wordt of er reeds harde meetgegevens beschikbaar zijn en welke effecten op basis van deze gegevens verwacht mogen worden. Relevante literatuurverwijzingen die in het literatuuronderzoek een rol gespeeld hebben, zijn opgenomen in bijlage B. 3

4 Metingen Voor de rolweerstandmetingen is gebruik gemaakt van de meetaanhanger van de TU Gdansk (Polen). Deze meetaanhanger (en andere soortgelijke systemen) gaat uit van een vrijrollende band, midden tussen de wielsporen. Het voordeel van deze methode is dat deze reproduceerbare resultaten oplevert die goed correleren met vergelijkbare meetsystemen en dat deze flexibel is in te zetten op proefvakken met een beperkte lengte. Voor de metingen van de slijtage van band- en wegdek wordt uitgegaan van de RSAT-methode van Heijmans. Dit is een gepatenteerde meetmethode, waarmee inmiddels ruim 10 jaar ervaring is opgedaan. Deze meetmethode is zowel internationaal als nationaal geaccepteerd, en wordt veel toegepast door RWS en alle landelijke onderzoeksbureaus. 2 ModieSlab 2.1 ModieSlab, in alle opzichten de weg van de toekomst ModieSlab staat voor Modulair Intelligent Energiek Slab (= Engels voor plaat). Het komt vooral tot zijn recht in zettingsgevoelige gebieden, bij hoge eisen aan beschikbaarheid en hoge eisen aan geluidreductie en op locaties waar een hoge belastingsweerstand en geluidsreducerend vermogen gewenst is zoals bij doelgroepstroken voor zwaar verkeer. ModieSlab bestaat uit betonplaten opgebouwd uit twee verschillende open lagen met daaronder een constructieve betonlaag. Op het scheidingsvlak van de tweede open laag en de constructieve betonlaag zijn afwateringskanaaltjes opgenomen voor een snelle afvoer van regenwater. Deze kanaaltjes kunnen ook worden gebruikt voor reiniging van het wegdek en als ruimte voor intelligente functies zoals detectie en signalering. Als optie kan in de constructieve laag een systeem van leidingen aangebracht worden. Daardoor kan het wegdek in de zomer gekoeld en in de winter verwarmd worden. Op die manier kan de weg sneeuw- en ijsvrij worden gehouden zonder milieuonvriendelijke strooizouten. Bovendien blijft de wegtemperatuur zo het gehele jaar gelijk, zodat geen voegbewegingen ontstaan en de kwaliteit van het beton langer behouden blijft. De prefab betonplaten kunnen op een fundering van heipalen worden verankerd of op staal aangebracht. De oplossing op palen beschermt de constructie tegen zettingen. De platen kunnen zeer nauwkeurig op hoogte gesteld worden en dit bevordert de geluidreductie en het comfort voor de gebruiker. Na aanleg kan dit type modulair wegdek direct door het verkeer in gebruik worden genomen. ModieSlab is ontwikkeld in het kader van een innovatieprogramma voor modulaire wegsystemen en kan verder geoptimaliseerd worden voor specifieke doeleinden. 2.2 ModieSlab in de praktijk In 2001 is een proefvak ModieSlab aangelegd in de oprit vanaf de verzorgingsplaats De Somp naar de A50 bij Apeldoorn. Ook testte de TU Delft in 2002 op eigen terrein een proefvak met de Lintrack zwaarverkeersimulator. In beide gevallen voldeden de proeven aan de gestelde eisen. Vanaf augustus 2006 is een 100 m lang opschalingsproefvak ingericht op de zuidelijke bypass van de A12 Oudenrijn bij Utrecht. Dit betekent een full-scale aanleg van ModieSlab op een autosnelweg en daarmee ook de eerste beproeving bij intensief verkeersgebruik. 4

5 figuur 1 Links: proefvak ModieSlab bij Oudenrijn, rechts:schematische weergave van de ModieSlab constructie ModieSlab is in de eerste plaats ontwikkeld als modulair wegdeksysteem. Het systeem is bruikbaar voor allerlei situaties, maar komt het vooral tot zijn recht in specifieke situaties, zoals zettingsgevoelige gebieden, hoge eisen aan beschikbaarheid en hoge eisen aan geluidreductie en op locaties waar een hoge belastingsweerstand en geluidsreducerend vermogen gewenst is zoals bij doelgroepstroken voor zwaar verkeer. Het systeem kan zeer snel worden aangelegd en vervangen. ModieSlab is ontwikkeld als een oplossing die snel kan worden aangelegd en vervangen. Gecombineerd met de zeer lange levensduur betekent dit minimale nadelen voor de doorstroming van het verkeer tijdens (groot) onderhoud van de weg, dus een grote beschikbaarheid voor de gebruiker. Uit de eerder beschreven experimenten zijn in de praktijk de volgende ervaringen met ModieSlab opgedaan: snel aan te leggen en te vervangen en direct berijdbaar; kan ook in de winter worden aangelegd, waardoor het wegenbouwseizoen wordt verlengd; dit maakt ook in de winter noodreparaties mogelijk; heeft een constante hoge leveringskwaliteit dankzij de productie onder beheerste fabrieksomstandigheden en het vooraf uitvoeren van de kwaliteitscontrole. een hoge geluidsreductie, vergelijkbaar met 2-laags ZOAB ( circa 6 db(a) voor een typische voertuigmix op het hoofdwegennet); snelle afvoer van regenwater, factor 2 hoger dan de bitumineuze mengsels; geen spoorvorming door opbouw van onder- en bovenlagen in beton; goede resultaten bij openstelling met betrekking tot aanvangstroefheid (veiligheid). 5

6 2.3 Kosteneffectiviteit De (2 e generatie) Modieslab-constructie is een al implementeerbaar product dat tot stand gekomen is na uitgebreid onderzoek en waarvan in een tweetal full-scale toepassingen al ervaring opgedaan is in de praktijk. Het is een open betonverharding constructie die in de eerste plaats ontwikkeld is als een onderhoudsarm modulair wegdeksysteem met goede eigenschappen voor geluid. Daarnaast is nu gebleken dat ModieSlab ook goed scoort voor andere milieueigenschappen zoals brandstofverbruik en bandenslijtage en daarmee CO 2, NO x en PM 10 -reductie. Voor verbetering van de luchtkwaliteit door toepassing van de nu bestaande ModieSlab constructie zijn geen extra kosten nodig ten opzichte van de standaard ModieSlab-constructie. Er kan geen eenvoudige kostenvergelijking gemaakt worden met de kosten van andere wegverhardingen, omdat ModieSlab een concept is dat ontwikkeld is voor een weliswaar breed, maar ook specifiek toepassingsgebied. Voor elke situatie zal het kostenplaatje er verschillend uitzien. Om toch inzicht te geven in de kosteneffectiviteit van ModieSlab is een vergelijking gemaakt voor een concrete case-situatie (N210, toepassing in een zettingsgevoelig gebied), waarbij een integrale afweging gemaakt is van alle kosten. In deze vergelijking zijn dus ook de kosten van geluidreducerende maatregelen meegenomen. Het resultaat van deze case is opgenomen in onderstaande figuur. in per m DAB laags ZOAB Jaren figuur 2 Case N210 afweging ModieSlab en conventionele wegdektypen op basis van Netto Contante waarde benadering over 30 jaar. Bron: Intern onderzoek ModieSlab vof. Vanuit intern onderzoek van ModieSlab vof blijkt dat de investeringskosten van ModieSlab hoger zijn dan van bijvoorbeeld die van een 2-laags ZOAB-constructie, maar bij een life-cycle-benadering is de oplossing met ModieSlab vaak de meest economische oplossing. Eén van de redenen is dat ModieSlab een onderhoudsarme constructie is met een zeer lange levensduur en een hoge geluidsreductie die leidt tot een aanzienlijke besparing in de benodigde hoeveelheid geluidsschermen. 6

7 3 Rolweerstand 3.1 Literatuuronderzoek rolweerstand Relatie tussen rolweerstand en brandstofverbruik Om inzichtelijk te maken wat de relatie is tussen de voertuigemissie en de rolweerstand, wordt eerst inzicht gegeven in het aandeel van de rolweerstand in de totale voertuigweerstand. Een voertuig moet een aantal weerstandskrachten overwinnen om te kunnen bewegen. Het kost energie om deze weerstand te overwinnen. Afhankelijk van de mate van detaillering worden er ten minste vier weerstandskrachten in rekening gebracht: 1. Rolweerstand (evenredig met rolweerstandcoëfficiënt en massa van het voertuig; normaliter onafhankelijk van de snelheid); 2. Luchtweerstand (evenredig met de vormfactor van het voertuig, het frontaal oppervlak en het kwadraat van de snelheid); 3. Zwaartekracht (alleen relevant bij het rijden van helling op en af); 4. Traagheids krachten (alleen relevant wanneer het voertuig versnelt en vertraagt/remt). Verder wordt ook vaak rekening gehouden met 5. De interne wrijvingsweerstand van het voertuig en/of het rendement van de motor. Deze zijn afhankelijk van het toerental, de belasting en het soort brandstof; 6. De interne verbruikers (bijvoorbeeld airco en verlichting). De grootte van al deze krachten is sterk afhankelijk van de situatie. Daarom is het aandeel van de rolweerstand in de totale rijweerstand dus sterk afhankelijk van de rijomstandigheden. Bijvoorbeeld: Als een personenwagen met een constante snelheid van 50 km/h over een vlakke weg rijdt, dan is de rolweerstand circa 75% van de totale weerstand. Als hetzelfde voertuig 200 km/h rijdt is de luchtweerstand een factor 16 hoger en de rolweerstand even groot, waardoor de rolweerstand nog slechts 15% van de totale rijweerstand bedraagt. Het omslag punt, waarbij luchtweerstand en rolweerstand even groot zijn, ligt bij circa 90 km/h % weerstands kracht (N) Frol Flucht aandeel rolweerstand in de totale weerstandskracht (%) 80% 60% 40% 20% % v (km/h) v (km/h) figuur 3 Links: rolweerstand en luchtweerstand voor een typische personenauto als functie van de snelheid; Rechts: rolweerstand als percentage van de totale weerstandkrachten; Omstandigheden: constante snelheid, windstil, vlakke weg 7

8 In de praktijk zijn de omstandigheden uiteraard nooit zo ideaal, waardoor er extra energie nodig is voor bijvoorbeeld: zijwind of frontale wind, optrekken en afremmen, hoogteverschillen, bochten, stationair draaiende motor; aangeschakelde accessoires zoals airco en dergelijke. In een gemengde rit in normaal verkeer bedraagt de rolweerstand normaliter 20 tot 35% van de totale rijweerstand. Voor personenauto s is dit toegelicht in de onderstaande figuur. Voor vrachtwagens is dit percentage nog wat hoger: 30 tot 60%, afhankelijk van de het gewicht van de vrachtwagen (7,5 tot 50 ton) en het inzetgebied (distributie tot internationaal vervoer). figuur 4 Links: rolweerstand als percentage van de totale weerstandkrachten, voor vier typische rijomstandigheden van personenauto s [bron: Michelin [5]]; Rechts: typisch aandeel van rolweerstand in de totale weerstandkrachten voor snelwegomstandigheden van een vrachtauto [bron: ATZ [4]] De interesse gaat niet in de eerste plaats uit naar het absolute aandeel van de rolweerstand in het brandstofverbruik, maar naar de gevoeligheid van het brandstofverbruik voor variatie in de rolweerstand. Uiteraard is deze gevoeligheid weer sterk afhankelijk van de situatie (rijomstandigheden, automaat/handbak diesel/benzine). Als vuistregel voor het gemiddelde effect in de praktijk bij personenauto s wordt vaak met een factor 4 of 5 gerekend: dat wil zeggen om 1% brandstof te besparen moet de rolweerstand 4 tot 5% dalen. Zie [5] en figuur 4, linker figuur: het gemiddelde aandeel van de rolweerstand over allerlei rijomstandigheden is circa 25%. Bij de informatie in figuur 4 over de motorway moet rekening gehouden worden dat deze informatie gebaseerd is op Autobahnen, met snelheden boven 140 km/h. Voor de Nederlandse autosnelwegen schatten we het aandeel rolweerstand hoger, omdat de gemiddelde snelheid circa 110 km/h uur is en de snelheidsvariaties kleiner zijn. Voor vrachtwagens mag er vanuit gegaan worden dat de factor voor de rolweerstand 2 is, zie figuur 4 (rechter figuur). Voor de gemiddelde omstandigheden op het Nederlandse hoofdwegennet wordt de factor geschat op 2 à 3. Dit is een gevolg van de lagere snelheden en het minder afremmen en optrekken van personenauto s en een gemiddeld aandeel vrachtverkeer van circa 20 tot 25%. Dat betekent dat reductie van de rolweerstand met 2 à 3% een effect zal hebben op het brandstofverbruik van circa 1% Rolweerstand en wegdekken Met name in de periode , na de eerste oliecrisis, is door diverse instituten onderzoek gedaan naar de invloed van wegdekken op de rolweerstand van voertuigen. In de literatuur worden top-top verschillen in rolweerstand tot 60% gerapporteerd. Met de factor 5 vuistregel betekent dit een verschil in brandstofverbruik van circa 12% tussen de twee uiterste wegdekken. Het belangrijkste mechanisme achter deze verschillen is de textuur van de wegdekken: hoe fijner de textuur, hoe minder vervorming van de band en hoe minder energieverlies. 8

9 Van invloed is vooral de textuur - mate van oneffenheid - van de toplaag. Hoe kleiner de steentjes in deze laag en hoe minder spreiding tussen de diameter van de steentjes, hoe beter. Een zeer voordelige textuur kan verkregen worden als in de productie bereikt kan worden dat alle steentjes met de platte kant boven liggen en dat de bovenkanten van de steentjes met elkaar een vlak oppervlak vormen. Bij het streven naar een zo laag mogelijk textuur mag echter niet worden vergeten dat er een hoge microtextuur nodig is om zorg te dragen voor voldoende grip onder droge omstandigheden en dat er voldoende waterafvoer mogelijk is om zorg te dragen voor voldoende grip onder natte omstandigheden. Invloedfactoren op rolweerstand De rolweerstand is niet het enige effect van het wegdek op het brandstofverbruik van voertuigen. In de literatuur (zie [2] en [3]) wordt onderscheid gemaakt in de volgende wegdekgerelateerde effecten: Macro en mega textuur (golflengte 0,5-50 mm resp mm): Dit is het gebied waar de traditionele rolweerstand speelt: Energieverlies door vervorming van de band als gevolg van oneffenheden in het wegdek met een golflengte in de orde grootte van het contactvlak met de band; Onvlakheid (golflengte 0,5 500 m): Energie verlies in de schokdempers van de wielophanging van het voertuig als gevolg van oneffenheden in het wegdek met een golflengte in order grootte van de lengte van het voertuig; Weerstand tegen vervorming: bitumineuze wegdekken gedragen zich met name bij hogere temperaturen plasto-elastisch, waardoor de band continu tegen een voortschrijdende bult in het wegdek oprijdt. Elastische wegdekken waar rubber in is vermengd zouden hiervoor gevoeliger kunnen zijn; Weerstand tegen slip: Bitumen planing en grip. De eerste tijd na aanleg zijn sommige wegdekken bedekt met een bitumenhuid, waardoor de aangedreven band op microschaal gedeeltelijk doorslipt. Dit heeft effect op de efficiency waarmee de aangedreven kracht op het wegdek komt. Hetzelfde geldt voor de hoeveelheid grip die een band op het wegdek heeft; Dwarshelling of afschot; Om redenen van afwatering zijn wegen onder een kleine dwarshelling aangelegd. Dit zogenaamde afschot bedraagt op snelwegen circa 2%. Op stedelijke en provinciale wegen is dit vaak meer. Het voertuig ondervindt dus een kleine dwarskracht en moet hiervoor compenseren door iets bij te sturen. De spoor/stuurkrachten verhogen de voertuigweerstand; Spoorvorming; Dit effect houdt sterk verband met het hierboven genoemde effect van dwarshelling. Bij sterke spoorvorming kan een soort slingergang ontstaan, waarbij de dwarskracht steeds van richting wisselt; Effecten die optreden als het wegdek vochtig is; tijdens regen zijn de mate en de vorm waarin het regenwater van de weg afgevoerd kan worden van belang voor de rolweerstand. Het bestaan van deze effecten is van belang voor de rangvolgorde van wegdekken met betrekking tot brandstofverbruik. Personenauto s en vrachtwagens Voor het totale brandstofverbruik c.q. de CO 2 -emissie van wegverkeer is het belang van de rolweerstand van vrachtwagens ongeveer even groot als het belang van de rolweerstand van personenauto s. Voor de emissie van NOx en PM 10 is de rolweerstand van vrachtwagens een orde grootte 5 maal zo belangrijk als de rolweerstand van personenauto s. Dit is inzichtelijk gemaakt in onderstaande tabel. 9

10 tabel I Belang van rolweerstand voor het brandstofverbruik en de uitlaatgasemissie van de totale Nederlandse vloot, berekend als verhouding tussen personenauto s en vrachtwagens. verhouding personenauto s vrachtwagens Gereden kilometers van de totale Nederlandse vloot 1 0,1 Brandstofverbruik per km van één voertuig 1 5 Aandeel rolweerstand in de weerstand van een voertuig 1 2 Belang van rolweerstand in brandstofverbruik (CO 2 -emissie) van de totale Nederlandse vloot 1 1 Aandeel diesel in totale brandstofverbruik 1 5 Belang van rolweerstand in de emissie van NO x en PM 10 van de totale Nederlandse vloot 1 5 Alle ons ter beschikking staande literatuur over wegdekeffecten op brandstofverbruik gaat echter over personenauto s. Ook alle bekende meetapparatuur betreft personenauto s. Over wegdekeffecten op de rolweerstand van vrachtwagenbanden is nog erg weinig onderzoek gedaan. Als we de inzichten die er zijn op een rij zetten dan verwachten wij dat vrachtwagenbanden ten opzichte van personenautobanden: gemiddeld iets minder gevoelig zijn voor de textuureffecten van wegdekken. Dit komt omdat bij vrachtwagens relatief veel banden met een grof noppenprofiel worden gebruikt. De textuur van het loopvlak van deze banden is zo groot dat de textuur van het wegdek een relatief klein aandeel in de gesommeerde textuur van band/wegdek contact heeft; Dit effect is specifiek voor banden met een grof noppenprofiel zoals die op de aangedreven assen van vrachtwagens worden gebruikt. Voor banden met een ribprofiel, zoals die op voorassen en op aanhangers/trailers worden gebruikt speelt dit geen rol. Dit soort vrachtwagenbanden zijn vergelijkbaar met personenautobanden. gevoeliger zijn voor elasticiteit in wegdekken, omdat de vlaktedruk en de stijfheid van vrachtwagenbanden groter is dan van personenautobanden. De vervorming van het wegdek en de daarmee samenhangende energiedissipatie is daarom groter bij vrachtwagenbanden dan bij personenautobanden. Rangvolgorde wegdekken De rangvolgorde van wegdekken op grond van hun macro/mega textuur kan beïnvloed worden door afwijkende prestaties op de neveneffecten. Een voorbeeld hiervan is zeer open asfaltbeton (ZOAB). Dit heeft een relatief grove textuur ten opzichte van dicht asfaltbeton (DAB). Op grond hiervan zou een hogere rolweerstand en brandstofverbruik verwacht mogen worden. ZOAB is aan de andere kant veel minder gevoelig voor spoorvorming ten opzichte van DAB en heeft een grotere weerstand tegen plastische vervorming. Deze beide effecten zouden de hogere textuur kunnen compenseren. Uit meetonderzoek is gebleken dat de rolweerstand van ZOAB zelfs iets lager uitvalt dan DAB. Op dit moment wordt in Nederland op grote schaal onderzoek gedaan naar geluidarme wegdekken (bijvoorbeeld 2-laags ZOAB en dunne deklagen). Op een groeiend aantal locaties worden deze wegdekken op het huidige wegennet aangelegd. Deze wegdekken zijn juist door hun fijnere textuur stiller dan de traditionele wegdekken van DAB en enkellaags ZOAB. 10

11 De verwachting is daarom dat deze stille wegdekken ook een lager brandstofverbruik tot gevolg hebben. Verder wordt op dit moment op laboratoriumschaal onderzoek gedaan naar wegdekken die nog stiller zijn. Hierbij wordt ook gekeken naar wegdekken die flexibel zijn door er rubber in te verwerken. Sommige onderzoekers hebben de vrees geuit dat dit soort wegdekken juist een hogere rolweerstand hebben dan traditionele wegdekken. Onderzoeksgegevens rolweerstand en wegdekken Het onderwerp rolweerstand en wegdekken krijgt relatief weinig aandacht. In deze bureaustudie zijn op basis van literatuuronderzoek de belangrijkste resultaten op een rijtje gezet. M+P heeft in de afgelopen 5 jaar enkele pilotprojecten uitgevoerd naar de invloed van wegdekken op rolweerstand en brandstofverbruik. De onderzoeksvraag lag daarbij enerzijds op het vergelijken van beschikbare meetmethoden en anderzijds op het inventariseren van de verschillen tussen de in Nederland gebruikelijke wegdekken en de genoemde geluidarme varianten. figuur 5 Speciale meetaanhanger om rolweerstand van wegdekken te meten (TU Gdansk) De belangrijkste bevindingen vanuit onderzoek naar relatie tussen wegdek en rolweerstand zijn: 1 Het verschil in rolweerstand van wegdekken kan goed bepaald worden met een speciaal hiervoor ontwikkelde meetaanhanger. De resultaten van de BAST (Bundes Anstalt für STrassenwesen; Duitsland) en TU Gdansk (Polen) zijn vergelijkbaar en reproduceerbaar. De aanhanger van de TUG is flexibeler inzetbaar dan de aanhanger van de BAST, omdat de laatste een vaste meetafstand van 2x 500 meter nodig heeft; 2 Het is niet eenvoudig gebleken om met eenvoudige metingen een goede correlatie tussen rolweerstand en energieverbruik vast te stellen. 3 De rolweerstandcoëfficiënt van de 8 proefvakken die in een pilot zijn onderzocht liggen top-top (verschil tussen minimale en maximale waarde) 37% uit elkaar. De reproduceerbaarheid van deze resultaten op andere locaties met hetzelfde wegdek is echter niet onderzocht, het is daarmee niet duidelijk of dit eenmalige toevallige verschillen zijn, of dat deze verschillen toe te wijzen zijn aan een type wegdek; 4 De rolweerstand van het proefvak met fijngetextureerd 2-laags ZOAB ligt 12% lager dan die van het proefvak met traditioneel dicht asfaltbeton DAB. Binnen de pilot projecten is echter geen textuur van de wegdekken gemeten. Het is daarom ook niet geverifieerd of de ranking van de wegdekken op grond van de textuur verklaard kan worden. De rangvolgorde van de wegdekken lijkt echter redelijk overeen te komen met de trend in textuur zoals die uit andere projecten bekend is. 11

12 Op grond van deze eerdere pilotprojecten komen we tot de volgende inschatting van rolweerstand van de meest relevante Nederlandse wegdekken: tabel II De rolweerstand van enkele Nederlandse wegdekken zoals bepaald in eerdere pilotprojecten; uitgezet als percentage ten opzichte van ZOAB 6/16 wegdek rolweerstand in % t.o.v. ZOAB 6/16 DAB 0/16 (A15) 104% ZOAB 6/16 (A59) 100% 2L ZOAB 4/8-6/16 (A15) 97% 2L ZOAB 2/6-6/16 (A15) 92% 3.2 Kwalitatieve beoordeling van ModieSlab Wanneer we een beoordeling doen van ModieSlab aan de hand van de randvoorwaarden waaraan een schoon wegdek moet voldoen, komen we tot het volgende beeld: fijne macrotextuur: ModieSlab heeft een fijne textuur van de toplaag, vergelijkbaar met de standaard 2-laags ZOAB toplaag en heeft daarnaast de mogelijkheid om verder te optimaliseren door een nog fijnere steengradering te gebruiken; vlakke macrotextuur: de toplaag van ModieSlab wordt onderste boven gemaakt in een mal, waardoor de vlakke kanten van de steentjes boven komen te liggen, wat een zeer vlakke textuur als gevolg heeft; optimale megatextuur: ModieSlab wordt gemaakt van beton, door de prefab constructie ontstaat er een goede megatextuur waardoor vervorming van de band zo veel mogelijk voorkomen wordt; en opzichte van een traditioneel vervaardigd wegdek zijn er geen negatieve invloeden uit de ondergrond of dynamische effecten van de asfaltspreidmachine. voorkomen van onvlakheden (over grotere lengte: 0,5 500 m): ModieSlab is een modulair systeem dat op de mm op de juiste hoogte (na)gesteld kan worden, waardoor de optimale vlakheid over een grote lengte gerealiseerd kan worden; weerstand tegen plasto-elastische vervorming: omdat ModieSlab een betonproduct is, treedt geen plastische vervorming van de deklaag op. De stijfheid is veel groter dan die van asfalt. Naar verwachting is dit met name voor vrachtwagens een onderscheidend voordeel. ongevoelig voor spoorvorming: De toplaag van ModieSlab bestaat uit een stabiel steenskelet dat verbonden is door een stabiele cementlijm. De ondergrond is van beton. Daardoor is ModieSlab ongevoelig voor spoorvorming. goede initiële grip: bij een betonnen wegdek treedt het probleem van bitumenlaagjes rond de stenen (en bitu-planing) niet op. waterafvoer: ModieSlab heeft een tweetal zeer open lagen van beton en een speciaal waterafvoerkanaaltje: waardoor de afvoersnelheid veel hoger is dan bij open bitumineuze mengsels. Bij ModieSlab is daardoor nauwelijks verkanting nodig, slechts minimaal 0,5% tegenover minimaal 2,5% bij ZOAB verharding. Dit levert minder dwarskrachten op, waardoor de voertuigweerstand lager is. 12

13 De verwachting is dat ModieSlab van alle wegdektypen die in Nederland gebruikt worden het beste scoort op het gebied van lage rolweerstand en lagere (banden)slijtage en daarmee voor de luchtkwaliteit. Verder wordt verwacht dat vrachtwagens op ModieSlab nog iets beter scoren dan personenauto s, omdat vrachtwagens nog iets meer dan personenauto s profiteren van de weerstand tegen plasto-elastische vervorming. Dit voordeel kan worden meegenomen als wordt overwogen om ModieSlab aan te leggen als specifieke doelgroepstrook voor vrachtwagens. 3.3 Metingen rolweerstand ModieSlab Op 3, 4 en 5 juli 2008 zijn er rolweerstandmetingen uitgevoerd door de TU Gdansk. De metingen zijn uitgevoerd met de in figuur 5 weergegeven aanhanger, waarbij de volgende banden zijn gebruikt: SRTT (Standard Reference Test Tyre) in de maat 225/60 R16; Michelin Primacy HP in de maat 225/60 R16. Er is gemeten op de onderstaande wegdekken, waarbij elk wegvak in de analyse als aparte track is meegenomen. tabel III Locatie van de rolweerstandmetingen. In alle gevallen is op de rechter rijstrook gemeten wegdek wegnummer rijrichting km ZOAB 6/16 A12 parallelrijbaan A30 Oost Noord laags ZOAB 4/8-6/16 A30 Noord ModieSlab A12 parallelrijbaan Oost Het betreft dus in totaal 3 ZOAB-vakken, 6 vakken met 2-laags ZOAB en het ModieSlab-wegvak bij Oudenrijn. Op alle locaties zijn 4 à 5 herhalingsmetingen uitgevoerd. De rijsnelheid was 80 km/h en er is gemeten onder normaal verkeer. De meetresultaten zijn per wegvak weergegeven in figuur 6. Hierbij zijn de meetresultaten gemiddeld over de twee meetbanden en over alle herhalingsmetingen. 13

14 ZOAB 6/16 0,014 RR coefficient [-] 0,013 0,012 0,011 0,010 track 1 track 2 track 3 0, Distance [m] 2L ZOAB 4/8-6/16 RR coefficient [-] 0,014 0,013 0,012 0,011 0,010 track 1 track 2 track 3 track 4 track 5 track 6 0, Distance [m] Modieslab 0,014 0,013 track 1 RR coefficient [-] 0,012 0,011 0,010 0, Distance [m] figuur 6 Meetresultaten op de drie verschillende wegdekken (elke track is een afzonderlijk wegvak) 14

15 figuur 7 Metingen van de rolweerstand op de A12 ter plaatse van de overgang tussen ModieSlab en ZOAB tabel IV De gemiddelde rolweerstand van de drie wegdekken als percentage ten opzichte van ZOAB 6/16 wegdek rolweerstand t.o.v. ZOAB 6/16 spreiding (st.dev.) ZOAB 6/16 (A12 en A30) 100% 2,8% ZOAB 4/8-6/16 (A30) 88% 1,7% ModieSlab (A12) 88% 0,7% Uit de metingen kunnen de volgende conclusies getrokken worden: de rolweerstand van ModieSlab is significant lager dan de rolweerstand van ZOAB, dat als standaard op het Nederlandse hoofdwegennet gebruikt wordt; de rolweerstand van ModieSlab ligt orde grootte op hetzelfde niveau als dat van 2-laags ZOAB; een belangrijk verschil tussen de rolweerstand van ModieSlab en die van asfaltdeklagen lijkt de spreiding te zijn: de spreiding is bij ModieSlab veel kleiner, maar bedacht moet worden dat het slechts één proefvak betreft. De rolweerstand van ModieSlab is naar verwachting verder te optimaliseren door de textuur van de toplaag te verfijnen. Dit zal zowel een gunstige invloed hebben op de geluidproductie als op de rolweerstand. Verder verwachten we dat het effect op de rolweerstand van ModieSlab voor vrachtwagens in verhouding nog groter is dan de gemeten rolweerstand die gebaseerd is op personenautobanden. Als resultaat van deze bureaustudie kunnen we concluderen dat ModieSlab zeer goed scoort op het gebied van lage rolweerstand daarmee voor de luchtkwaliteit. De rolweerstand van ModieSlab ligt circa 12% onder die van ZOAB. 15

16 3.4 Effect voor luchtkwaliteit Vanuit de invloed van de rolweerstand op het brandstofverbruik, kan een schatting gemaakt worden van het effect van verlaagde rolweerstand op de luchtkwaliteit. Een belangrijk deel van de emissie van het verkeer wordt veroorzaakt door de verbrandingsmotoren. In paragraaf zijn de inzichten vanuit de literatuur weergegeven over de relatie tussen de rolweerstand en het brandstofverbruik. Het bleek dat deze relatie sterk afhankelijk is van de situatie (rijomstandigheden, automaat/handbak diesel/benzine). Voor de gemiddelde omstandigheden op het hoofdwegennet (minder afremmen en optrekken en significant aandeel van vrachtwagens) is de verhouding tussen rolweerstandreductie en reductie van het brandstofverbruik geschat op 2 à 3. Dat betekent dat reductie van de rolweerstand met 2 à 3% een effect zal hebben op het brandstofverbruik van circa 1%. Na de verbranding komt zowel NO x, PM 10 en PM 2.5 uit de uitlaat, als CO 2. Daarnaast zijn er slijtagebronnen (band, wegdek, remvoering, etc.) die vooral voor PM 10 en PM 2.5 zorgen. Een ruwer wegdek zorgt voor meer bandenslijtage. Het is bekend dat er voor CO 2 vrijwel een lineair verband is tussen het brandstofverbruik en de emissie. Bij stabiele rijomstandigheden, zoals die op het hoofdwegennet voorkomen, verwachten wij ook voor de emissie van NO x, PM 10 en PM 2.5 een lineair verband met brandstofverbruik. Door de beperkte penetratie van dieselmotoren bij personenauto s is het vrachtverkeer dominant ten opzichte van de personenauto s in de verkeersgebonden emissie van NO x, PM 10 en PM 2.5. Op dit moment is er nog onvoldoende inzicht in het verschil tussen vrachtwagens en personenauto s voor wat betreft de wegdek gebonden effecten op de rolweerstand. Mocht de reductie in rolweerstand van Modieslab ten opzichte van ZOAB voor vrachtwagens conform verwachting groter zijn dan voor personenauto s, dan zal ook de reductie in NO x, PM 10 en PM 2.5 groter zijn dan de reductie in brandstofverbruik. Concluderend kan gesteld worden dat de behaalde brandstofreductie leidt tot een minimaal even grote afname van de emissie van luchtverontreiniging. Een wegdek met lagere slijtage van wegdek en banden leidt tot lagere emissie van PM 10. Deze slijtagebronnen hebben naar verwachting vrijwel geen invloed op de PM 2,5 emissie. Op basis van de gepresenteerde resultaten van de rolweerstandmetingen verwachten we dat ModieSlab ten opzichte van ZOAB voor de gemiddelde rijomstandigheden op het hoofdwegennet een reductie van de luchtemissie van circa 5% oplevert. Deze verwachting komt ondanks het feit dat de reductie van de rolweerstand iets lager uitvalt dan verwacht overeen met de verwachting zoals die in het inschrijfdocument gegeven is. De achtergrond hiervan is enerzijds dat voor typisch voertuiggedrag op het hoofdwegennet de verhouding tussen reductie van rolweerstand en brandstofverbruik kleiner is dan de veelal gebruikte factor van 4 à 5 voor gemiddelde situaties. Anderzijds is naar verwachting de reductie in rolweerstand groter voor vrachtwagens dan voor personenauto s. Een samenvatting van het resultaat is opgenomen in tabel V. tabel V Samenvatting van de effecten van ModieSlab op rolweerstand en luchtkwaliteit rolweerstand PM 10 reductie t.o.v. ZOAB 12% 5% 16

17 4 Bandenslijtage 4.1 Inventarisatie van slijtagebepalende componenten De mechanische eigenschappen en geometrie van het wegdek en de band bepalen de mate van slijtage aan beide componenten. Door deze slijtage ontstaat er een emissie naar de omgeving (bodem, oppervlaktewater en lucht), van verschillende stoffen zowel uit de band als uit het wegdek bestaande uit o.a. PAK s, zware metalen en grof/fijn stof. Om te komen tot een minimale slijtage/emissie dient men beide componenten te optimaliseren. Dit onderdeel richt zich met name op de emissie uit bandenslijtage veroorzaakt door het band/wegdek contact. De aanname is dat bij de experimenten het aandeel van de bandenslijtage veel groter is dan de slijtage van het wegdek. In het navolgende zal een vergelijking worden gemaakt tussen het slijtagepatroon van de gebruikelijke asfaltoppervlakken en de ModieSlab constructie. De bandenslijtage wordt bepaald door de componenten die in de onderstaande subparagrafen beschreven worden De vlakheid van het wegdek in langs- en dwarsrichting. De sterke wisseling van de verticale en zijdelingse krachten worden bepaald door o.a. de configuratie van het voertuig (o.a. vering, wielbasis gewicht), maar ook door de vlakheid in zowel dwars- als langsrichting. In een Amerikaans onderzoek [7] is gekeken naar de invloed van de initiële vlakheid op het langeduurgedrag van de verharding én de jaarlijkse onderhoudskosten. Aan de hand van een analyse van data van meer dan 400 wegvakken (in Arizona en Pennsylvania) over een tijdsspanne van 10 jaar wordt aangetoond dat de mate van initiële vlakheid gecorreleerd kan worden aan de levensduur en onderhoudskosten van een weg. De verminderde vlakheid in langsrichting zal een zeer onevenwichtige belasting van het wegdek tot gevolg hebben door het dynamische effect van de verkeersbelasting. Wegdek en banden worden onevenredig zwaar belast waardoor de schade aan de band toeneemt. Ook voegen, naden en scheuren kunnen een belangrijke negatieve bijdrage leveren aan deze dynamische effecten en hierdoor schade verhogend werken. Verder zal ook door plaatselijke vervorming en slijtage (spoorvorming en rafeling, het grover worden van wegdek) dit effect steeds verder versterkt worden waardoor o.a. bandenslijtage toeneemt De maximale korrelgrootte in het wegdek De maximale korrelgrootte in het wegdek is mede bepalend voor de banden slijtage. Door een zeer grove korrel ontstaan namelijk hogere aanstootkrachten bij het contact band/wegdek waardoor de band en het wegdek meer slijtage zullen gaan vertonen. Dit wordt in deze studie aangetoond met de hierna genoemde RSAT testmethode De korrelligging in het wegdek Uit onderzoek is gebleken dat de ligging van de korrel waarschijnlijk sterk bepalend is voor de mate van slijtage van de band. De mogelijke verklaring hiervoor is als volgt; indien de korrels met de scherpe randen naar boven liggen, fungeren deze als mesjes, en zullen op deze manier schade aan de band toebrengen. Dit fenomeen zal waarschijnlijk niet optreden indien de korrels met de platte kant naar boven liggen. De uitvoeringsmethode c.q. productietechniek bepalen in hoge mate de oriëntatie van de korrels in het wegdek. 17

18 4.1.4 Macrotextuur en microtextuur Met de macrotextuur van het wegdek wordt de vorm en ligging van de korrel in het oppervlak bedoeld, met de micro textuur, de oppervlakte textuur van de individuele korrel. Deze textuureigenschappen zijn samen met de hierboven genoemde ligging, verantwoordelijk voor de ruwheid van het wegdek en daarmee voor het slijtageproces van de band. Ook zijn deze bepalend voor de stroefheid eigenschappen van het wegdek. De stroefheid van het wegdek wordt bepaald door de macro- en microtextuur, de macrotextuur zorgt voor een snelle waterafvoer en hierdoor een optimaal band/wegdek contact, de microtextuur zorgt door de grillige oppervlak structuur van de steen, voor een maximale wrijvingsweerstand tussen band en wegdek. 4.2 Kwalitatieve beoordeling ModieSlab De verschillen in de bovengenoemde aspecten worden in de onderstaande subparagrafen weergegeven zowel voor de verschillende asfaltdeklagen als voor ModieSlab Vlakheid wegdek in langs- en dwarsprofiel ModieSlab De vlakheid in zowel langs- als dwarsrichting zal, doordat bij deze constructie elke plaat individueel op hoogte gesteld wordt, zich in de orde van grootte van + of 1 mm begeven, zoals ook aangetoond is op het proefproject Oudenrijn. Deze vlakheid wordt in de fabriek onder geconditioneerde omstandigheden bepaald. Door de productie op zijn kop op de vlakke bodem van de mal, waarbij eerst de toplaag gestort wordt en daarna hierop de volgende lagen, wordt de vlakheid gewaarborgd. Uitvoeringsomstandigheden zoals b.v. weersinvloeden hebben hierbij in tegenstelling tot de uitvoeringsomstandigheden bij andere wegdekken geen invloed. Bij traditionele betonwegen zijn voegen een belangrijke (negatieve) factor in de dynamische effecten van het band/wegdek contact. Bij de ModieSlab constructie zijn er drie factoren die dit negatieve effect ten aanzien van de voegen nagenoeg geheel opheffen: Vlakheid na aanbrengen, de platen zijn door de stelconstructie zeer nauwkeurig op hoogte te stellen, waardoor hoogteverschillen aan weerszijden van de voeg nauwelijks voorkomen; Optimalisatie vlakheid, nadat alle platen gelegd en afgesteld zijn worden deze geplaneerd om de stroefheid te waarborgen. Het planeren is het schuren van het oppervlak door een speciaal ontwikkelde machine, hierdoor wordt de cement huid van de bovenste steen aan het oppervlak verwijderd en het oppervlak vlak geschuurd. Zie figuur 11. Hierdoor wordt echter ook de vlakheid geoptimaliseerd. Daar waar nodig worden de laatste hoogteverschillen aan weerszijde van de voeg uitgevlakt. Voegbreedte, doordat de betonplaten onder optimale omstandigheden in de fabriek zijn vervaardigd is er een minimale spreiding in de afmetingen waardoor een voegbreedte van 6 tot 8 mm bereikt kan worden, doordat deze voegbreedte gelijk is aan de maximale korrelafmeting heeft het waarschijnlijk geen negatieve invloed op het dynamische effect mede omdat dit ook niet is waar te nemen in bijv. geluidsmetingen. 18

19 Door bovengenoemde factoren zijn in de uitgevoerde metingen op het proefvak Oudenrijn geen negatieve effecten waar te nemen. Dit geldt zowel voor de geluid- als de rolweerstandmetingen. Verder zal er in dwarsrichting geen spoorvorming optreden omdat het gebruikte materiaal beton is. In deze starre constructie zal geen spoorvorming plaats vinden. Asfaltverharding In het lengte profiel worden bovengenoemde vlakheidseisen niet gehaald en ook in dwarsrichting is onvlakheid d.m.v. spoorvorming op termijn mogelijk Korrelsamenstelling wegdek Aangetoond wordt in de hieronder te bespreken RSAT-test dat een kleinere max. korrel in een wegdek een verminderde bandenslijtage tot gevolg heeft. Dit is af te leiden uit de gemeten resultaten aan bandslijtage, zoals getoond in de resultaten. Hieruit blijkt dat de maximale korrelgrootte in de constructie mede bepalend is voor de hoeveelheid bandenslijtage. ModieSlab Vanwege de akoestische eigenschappen is een fijne korrel (4 tot 8 mm) in de toplaag gekozen. Hierdoor worden tevens de aanstootkrachten beperkt. Door de starre structuur van de betonverharding (waardoor geen vervorming plaatsvindt) en de snelle waterafvoer (door de aanwezigheid van de vele waterafvoerkanaaltjes) is het mogelijk met deze fijne korrelgradering een zeer goed functionerende constructie te realiseren. Mogelijk is in deze korrelgradering, zoals al eerder genoemd, nog een verdere optimalisatie mogelijk. Asfaltverharding In de asfaltverhardingen wordt voor de open constructies naast de traditionele ZOAB deklaag met een korrelgradering 0 tot 16 mm ook het 2-laags ZOAB toegepast, waarbij meestal de gradering van de deklaag 4 tot 8 mm bedraagt Korrelligging in het wegdek ModieSlab De platen worden op zijn kop vervaardigd. Dat wil zeggen dat als eerste de bovenlaag van open beton wordt gestort, hierop de overige betonlagen worden aangebracht. Door het op een trillende vloer aanbrengen van de eerste laag open beton, komen de steentjes met de platte kant naar boven te liggen. Hierdoor zijn er geen scherpe randen in de constructie aan de bovenkant aanwezig en blijft het al genoemde mesjes effect achterwege. Waarschijnlijk is dit mede de verklaring voor resultaten uit de hieronder genoemde RSAT-test, waaruit blijkt dat de ModieSlab constructie met dezelfde korrelgradering als het traditionele asfaltoppervlak toch minder slijtage geeft, zie figuur 10. Asfaltverharding Hierbij worden de korrels gericht d.m.v. de afstrijkbalk van de asfaltspreidmachine. Door het knedende effect van de walsen worden de individuele korrels minder goed met de platte kanten naar boven gelegd, waardoor het z.g. mesjes effect op treedt en er meer slijtage aan het bandoppervlak is Macro textuur en microtextuur Door gebruik van dezelfde steen soorten zoals in de gebruikelijke asfaltmengsels is er hier geen verschil in slijtagebeeld van de band tussen de ModieSlab- en de asfaltverharding te verwachten. 19

20 4.3 De Rotating Surface Abrasion Test De RSAT-testmachine is een testmachine ontwikkeld door Heijmans Infrastructuur, om de gevoeligheid van een oppervlak voor stabiliteit en rafeling te kunnen testen. Met deze machine is nu ongeveer 10 jaar ervaring en de machine is breed geaccepteerd, zowel nationaal als internationaal. In de test machine wordt een rubberband (die qua shore-hardheid ongeveer overeenkomt met de gemiddelde vrachtautoband) horizontaal onder een bepaalde hoek en onder geconditioneerde omstandigheden over een verhardingsoppervlak voortbewogen. Het wiel is in een zodanige hoek opgesteld dat er een gelijkmatig verdeelde, maar wel wisselende wringende beweging optreedt. figuur 8 De RSAT machine figuur 9 Wiel voor aanvang proef (rechts) en na 24 uur (links) met de bandenslijtage tijdens de proef 20

21 De belasting van het wiel is 0,6 N/mm² te vergelijken met de belasting van een vrachtwagenwiel. Verder wordt de proef uitgevoerd in een klimaatkast bij 20 ºC. De duur van de proef is 24 uur, dit komt neer op bewegingen. Uit empirisch onderzoek van de afgelopen jaren met asfaltverhardingen, blijkt, dat door de gekozen belastingshoek en de manier van beweging, deze tijdsduur (aantal bewegingen) goed overeenkomt met de praktijkervaring van de gemiddelde levensduur van een ZOABasfaltverharding. 4.4 Meetresultaten RSAT test In 2002 tot 2004 zijn proeven uitgevoerd op verschillende verhardingsoppervlakken waaronder ModieSlab. Tijdens deze onderzoeken is tevens het rubberverlies aan het rubberwiel van de machine bepaald. De meetresultaten zijn gegeven in figuur 10 en bijlage 1. Uit de resultaten blijkt dat onder gelijke omstandigheden de bandenslijtage bij een ModieSlab oppervlak 55% lager is dan een asfaltverharding ZOAB 0/16, de op dit moment nog gebruikelijke autosnelwegconstructie. Zelfs ten opzichte van asfaltmengsels met een vergelijkbare korrelgrootte wordt een reductie van 25% gemeten. Dit is, zoals in de voorgaande paragraaf is toegelicht, te verklaren door de combinatie van korrelgrootte en ligging in de deklaag, veroorzaakt door het fabricageproces. meetresultaten bandenslijtage RSAT test banden slijtage mm per/uur 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Modieslab 4/8 dichtasfalt 2/6 2L-zoab 4/8 1L-zoab 0/16 meetresultaten per verhardings type figuur 10 Meetresultaten bandenslijtage De conclusies uit de meetresultaten van de RSAT test zijn: de omvang van de bandenslijtage is afhankelijk van korrelgrootte in oppervlak; de omvang van de bandenslijtage is afhankelijk van korrelligging in oppervlak; de ModieSlab constructie heeft 55% minder bandenslijtage t.o.v. trad. ZOAB asfaltconstructie; de ModieSlab constructie heeft 25% minder bandenslijtage t.o.v. 2L-zoab/(semi) dichte asfaltconstructie. 21

22 De RSAT-methode is ontwikkeld voor het onderzoek naar de levensduur van wegdekken. In dit onderzoek zijn de resultaten van de RSAT gebruikt voor onderzoek naar de slijtagebronnen van de band en het wegdek. De auteurs realiseren zich dat in de conclusies rekening gehouden moet worden met het feit dat deze methode mogelijk niet voor 100% representatief zal zijn voor de slijtage van band en wegdek in de praktijk. Het opstellen van een simulatie model zoals verwoordt in de aanbevelingen zou hier mogelijk meer duidelijkheid in kunnen geven. Aan de andere kant, er is geen methode bekend waarmee vergelijkbaar onderzoek is uitgevoerd, of die beter geschikt zou zijn voor het onderzoeksdoel van deze bureaustudie. De resultaten van deze RSAT-proef lijken vooralsnog voldoende representatief om inzicht te krijgen in de orde grootte van verschillen in slijtage tussen wegdektypen. 4.5 Vertaling bandenslijtage naar luchtkwaliteit De ModieSlab constructie is toepasbaar zowel binnen als buiten de bebouwde kom en zowel op provinciale als autosnelwegen. Buiten de bebouwde kom en op hoofdwegen binnen de bebouwde kom zullen de eigenschappen van de constructie echter het meest tot zijn recht komen. Een bijzondere nuttige toepassing zou ook het aanleggen van doelgroepstroken naast autosnelwegen zijn. Hoewel de ModieSlab constructie op vrijwel het gehele wegennet toepasbaar is, focussen we ons in deze bijdrage meer op de emissies buiten de bebouwde kom, omdat het IPL ook gericht is op de knelpuntsituaties rond het hoofdwegennet. Dit laat onverlet dat de toepassing van ModieSlab op hoofdwegen binnen de bebouwde kom resulteert in een positieve bijdrage aan de verlaging van emissies fijn stof, naast andere eigenschappen zoals geluidreductie en verkeersdoorstroming. Bij het fabricageproces van autobanden wordt gebruik gemaakt van o.a. rubber, vulstoffen en zware metalen, waaronder zink. Bij het slijtageproces van de band komen deze stoffen vrij onder andere in de vorm van grof en fijn stof. Uit het onderzoek Emissies door bandenslijtage afkomstig van het wegverkeer [6] zijn de totale emissies weergegeven die veroorzaakt worden door de slijtage van banden van motorvoertuigen. Voor de achtergrond van de bepalingsmethode verwijzen we naar dat rapport. In deze paragraaf zoomen we in op het aandeel van de slijtagebronnen dat in de lucht terechtkomt als fijn stof. Zie tabel VI. tabel VI Emissies naar lucht als gevolg van bandenslijtage in 2006 (kg/jaar) [6] emissies buiten bebouwde binnen bebouwde kom kom emissies totaal Fijn stof PM Fijn stof PM 2, Totaal De totale emissies door bandenslijtage naar de lucht binnen en buiten de bebouwde kom verschillen niet veel. Echter binnen de bebouwde kom wordt slechts ongeveer 30% van het totaal aantal kilometers verreden ten opzichte van de verreden kilometers buiten de bebouwde kom. Het feit dat binnen de bebouwde kom toch een relatief grotere emissie is van bandenslijtage wordt sterk bepaald door het verkeersgedrag (meer accelereren en remmen) en het verschillen in wegdektype. Daardoor is de emissie naar de lucht door bandenslijtage binnen de bebouwde kom in relatie tot de gereden kilometers veel hoger. 22

23 Zoals in het genoemde rapport [6] is aangegeven, vindt 60% van de totaal verreden kilometers op autosnelwegen plaats. De deklaag van de autosnelwegen bestond, in 2006, voor 70% uit een ZOABdeklaag en voor 30 % uit een dichte asfaltdeklaag. In onderstaande tabel worden de emissies per wegtype, voor bandenslijtage op autosnelwegen getoond. tabel VII Emissie fijn stof als gevolg van bandenslijtage buiten de bebouwde kom in 2006 (kg/jaar) op autosnelwegen [6] emissie naar verreden km op autosnelweg emissie naar autosnelweg met deklaag ZOAB emissie naar autosnelweg met deklaag DAB emissie emissie buiten bebouwde kom totaal (60%) (70%) (30%) Fijn stof Bij toepassing van de ModieSlab-constructie in plaats van de op dit moment nog gebruikelijke ZOAB/DAB asfaltverharding, is er sprake van een mogelijke emissiereductie van respectievelijk circa 55% en circa 25 %, (van grof- en fijnstof) zoals aangetoond vanuit de beschreven RSAT-resultaten. Indien de verdeling grof- en fijnstof evenredig is, toont de onderstaande tabel de emissiereducties per deklaagtype en de totale emissiereductie als gevolg van toepassing van Modieslab op autosnelwegen. tabel VIII Emissiereductie, buiten de bebouwde kom in 2006 (kg/jaar,) bij integrale toepassing van Modieslab autosnelwegen (gebaseerd op resultaten uit tabel VII en bijlage A) emissie emissiereductie (55%), autosnelweg met deklaag ZOAB emissiereductie (25%), autosnelweg met deklaag DAB emissiereductie totaal bij toepassing ModieSlab op autosnelweg emissiereductie in % bij ModieSlab op autosnelweg Fijn stof % Dit betekent op jaarbasis dat bij toepassing van de Modieslab constructie op het gehele autosnelwegennet een emissiereductie ten gevolge van bandenslijtage van 104,9 ton fijnstof wordt gerealiseerd.. Dit is, zoals al aangegeven, ongeveer 46% van de totale emissie ten gevolge van bandenslijtage op autosnelwegen en circa 14% van de totale emissie van bandenslijtage (binnen- en buiten bebouwde kom. Hiermee mag aangetoond zijn dat toepassing van de ModieSlab-constructie voor het hoofdwegennet een grote bijdrage kan leveren aan de emissieproblematiek door middel van het sterk verminderen van de bandenslijtage. Bij toepassing van de ModieSlab-constructie op landelijke hoofdverkeerswegen en hoofdwegen binnen stedelijk gebied, kan mogelijk een vergelijkbare reductie gerealiseerd worden. 23

24 5 Stroefheid In dit hoofdstuk wordt nog kort ingegaan op de invloed van het wegdek op de stroefheid. Dit is momenteel een zeer relevant onderwerp, omdat de EU heeft aangekondigd eisen te gaan stellen aan de rolweerstand en grip van banden. Het blijkt dat bij banden deze eisen enigszins tegenstrijdig zijn. Het verbeteren van de rolweerstand van banden gaat vaak ten koste van de grip. In dit hoofdstuk wordt kort onderzocht of deze zelfde tegenstrijdigheid ook bij wegdekken bestaat. De stroefheid van het wegdek wordt voornamelijk bepaald door de micro- en macrotextuur. De macrotextuur is voornamelijk bepalend voor het waterafvoerende vermogen. De microtextuur is bepalend voor de grip tussen band en wegdek. ModieSlab constructie Hierbij wordt het verhardingsoppervlak voor ingebruikname geplaneerd waardoor de aan het oppervlak liggende korrel aan de bovenzijde wordt ontdaan van de cementomhulling, hierdoor komt de korrel in rechtstreeks contact met de band waardoor een grote wrijvingsweerstand c.q. een hoge (aanvang-) stroefheid ontstaat. Deze hoge (aanvang-) stroefheid blijft gehandhaafd door gebruik van een steen korrel met een hoge polijstwaarde. ZOAB-Asfaltverharding Doordat bij asfaltmengsels de steenkorrels na de ingebruikname van het wegdek nog geheel omhuld zijn door een bitumenfilm, heeft het oppervlak van de steenkorrels op dat moment geen direct contact met de band. Hierdoor kan de microtextuur van de korrel niet bijdragen aan de juiste wrijvingsweerstand tussen band en wegdek, c.q. de stroefheid van het wegdek. Hierdoor ligt de stroefheid bij openstelling van een asfaltverharding redelijk laag. Nadat de bitumenfilm aan de bovenzijde (verkeerszijde) van de korrel is afgesleten, is de gebruikte korrel, met zijn polijstwaarde, bepalend voor de stroefheid van het wegdek en loopt de stroefheidwaarde op. De overige zijden van korrel blijven voorzien van de bitumenfilm, hierdoor blijft de hechting in stand. figuur 11 Planeren ModieSlab oppervlak 24

25 figuur 12 Meting stroefheid d.m.v. meting remvertraging proefvak ModieSlab Oudenrijn In onderstaande tabel zijn gemeten stroefheidswaarden gepresenteerd d.m.v. gemeten waarden remvertraging van een ZOAB-asfaltverharding en het proefvak ModieSlab bij Oudenrijn. Zoals weergegeven in de onderstaande tabel ligt de stroefheidwaarde bij ingebruikstelling van de op autosnelwegen gebruikelijke ZOAB 0/16 asfaltverharding door de aanwezige bitumenfilm aanzienlijk lager dan de waarde bij de Modieslab-constructie. Er zijn nog geen resultaten van de monitoring van DVS van de stroefheidseigenschappen op proefproject Oudenrijn bekend. Onze verwachting is dat door de hoge polijstwaarde van de gebruikte steen deze waarde niet terug zal lopen. ModieSlab gebruikt exact hetzelfde steenmateriaal in de bovenlaag als die gebruikt worden voor ZOAB. Ook na een jaar gebruik ligt bij een gemiddelde ZOAB-asfaltverharding de stroefheidwaarde nog steeds lager dan bij de Modieslab-verharding. Een mogelijke verklaring is dat er een blijvende bitumenfilm binnen de microtextuur van de steen in de asfaltconstructie wordt gevormd, die van invloed blijft op de stroefheid. Doordat bij de Modieslab-constructie geen sprake is van een bitumenfilm blijft de stroefheidwaarde bij deze constructie waarschijnlijk hoger dan bij de asfaltverhardingen. 25