Datagedreven planning

Om meer kostenefficiënt en voorspelbaar te kunnen werken, heeft Rijkswaterstaat geïnvesteerd in een datagedreven netwerkbrede restlevensduurvoorspelling voor de draagkracht van het gehele hoofdwegennet. Het verbeterde inzicht dat dit opleverde paste uitstekend bij het doel van het onderzoeksprogramma van Vervanging en Renovatie: meer zicht op de vervangingsopgave voor de komende jaren. Dit artikel beschrijft hoe dit is aangepakt en wat het oplevert.

Auteurs: Greet Leegwater en Frank Bouman

Tot nu toe werd het onderhoud aan wegen van Rijkswaterstaat (RWS) ingepland aan de hand van de toestand van de deklaag. Echter, asfaltonderlagen verouderen ook onder invloed van verkeersbelasting. In de geldende onderhoudsfilosofie wordt de draagkracht van het gehele asfaltpakket gemeten op het moment dat baanbreed of groot ­onderhoud wordt ingepland. Groot onderhoud is het onderhoudsmoment dat de asfaltdeklaag over de gehele breedte wordt vervangen en reparaties worden uitgevoerd aan de onderliggende lagen. Door enkel op dit moment te meten, kunnen er twee zaken misgaan. In de eerste plaats is het minder goed voorspelbaar hoeveel budget er gereserveerd moet worden voor onderhoud. ­Aangezien het wegennet steeds ouder wordt, is dit een steeds grotere wordende onbekende voor RWS, waardoor het risico dat ­budgetten niet toereikend zijn steeds ­groter wordt.In de tweede plaats kan draagkrachtonder­houd te laat plaatsvinden, waardoor in korte tijd onevenredig veel schade onstaat. Hierdoor zijn relatief dure reparaties nodig of kan de weg zelfs onverwacht bezwijken. Ad-hoc reparatie kost meer tijd en geld, waardoor de kosten­effectiviteit achteruitgaat én de weglange tijd niet kan ­worden gebruikt. Om meer kostenefficiënt en voorspelbaar te kunnen werken, heeft RWS ­geïnvesteerd ineen data­gedreven netwerkbrede restlevens­duurvoorspelling voor de ­draagkracht van het gehele hoofdwegennet.

Auteurs

Klimaatveranderings­bestendigheid
Op het moment dat dit project werd opgestart, besloot RWS ook dat het klimaatbestendig moet handelen. Om deze reden is er bij de uitvoering van het project ook een aanpak geformuleerd om onderhoudsmaat­­regelen op te nemen in de planning die de klimaatbestendigheid van het wegennetvergroten. In de eerste plaats is beschouwd welke aspecten van klimaatverandering effect hebben op risico’s op wegen en daarnaast welke wegeigenschappen aangepast kunnen worden bij een regulier onderhouds­moment. Hieruit kwam naar voren dat voor wegontwerp het grootste risico door klimaatverandering bestaat uit een grotere kans op aquaplaning en plasvorming als gevolg van meer en intensere neerslag. Om na te gaan welke onderhoudsmaatregelen de klimaatveranderingsbestendigheid kunnen vergroten, zijn twee klimaatscenario’s beschouwd, namelijk de KNMI-neerslagprognoses voor 2050 en 2085. Hierbij is aangenomen dat het scenario 2050 het meest waarschijnlijke is en dient het 2085 scenario om inzicht te geven in het geval dat de neerslag toch intenser blijkt.

Aanpak
Voor een integrale netwerkbrede voorspellingvan onderhoudsmaatregelen ten behoeve van draagkracht en wegontwerp is een aantal zaken nodig; zie Figuur 1. In de ­eersteplaats een model dat de achteruitgang van de draagkracht kan voorspellen. Het gefor­m­uleerde model gaat uit van de huidige draag­kracht en combineert dit met een ver­wachte degradatie als gevolg van verkeersbelasting.

Ten tweede is er behoefte aan een afwater­ingsmodel dat inzicht geeft in het moment dat risico ontstaat op verminderde veiligheid van de weg als gevolg van neerslag. Dit model heeft als invoer informatie nodig over de bui-intensiteit, de weggeometrie en de afmetingen van de hemelwaterafvoersystemen. De uitkomst van dit model is een lijst locaties waar extra maatregelen nodig zijn om de klimaatveranderingsbestendigheid te waarborgen.

In de derde plaats is er een modelbewerking nodig om al dit onderhoud aan de onderliggende asfaltpakketten in lijn te brengen met de reeds bestaande onderhoudsplanning voor de verharding. Er kan immers enkel iets aan onderlagen ­worden gedaan op het moment van onderhoud aan de verharding. Dit betekent dat ­kosten geoptimaliseerd kunnen worden als deze onderhoudsmomenten op elkaar ­worden afgestemd. Om dit te bereiken zijn de draagkrachtplanning en de locaties met maatregelen ingevoerd in de bestaande planningssoftware voor de verhardingen van RWS,genaamd IVON2. In deze geïntegreerde planning wordt in sommige gevallen het onderhoud aan de deklaag eerder uitge­voerd, opdat de draagkracht van voldoende niveau blijft.

‘Klimaatbestendig maken van ­snelwegen tegelijk met groot onderhoud’

Restlevensduurmodel ­draagkracht
Het restlevensduurmodel voor de draagkracht is gebaseerd op het huidige ontwerp­model voor de verharding, ­waaraan een aantal aanpassingen zijn gedaan. Figuur 2 geeft een globale indruk van het model: de restlevensduur is in blokken van vijf jaar ingedeeld en hangt af van de gemeten draagkracht (IDK600-waarde) en het verwachte aantal 100kN aslasten. Om een voorspelling per 100 m wegvak te kunnen doen, zijn metingen nodig van de draagkracht op het gehele wegennet. De ­huidige meetmethode voor de draagkracht betreft een statische valgewichtdeflectiemeting, die relatief kostbaar en vooral traag is. De opstelling laat een gewicht op het asfalt vallen en meet de resulterende doorbuiging. Dit betekent dat het meetvoertuig stil moet staan op het wegdek, waardoor kostbare verkeersmaatregelen nodig zijn. Om niet meer metingen uit te voeren dan nodig, zijn recent uitgevoerde ­draagkrachtmetingen en kunstwerken en bekende wegvakken meteen stijve fundering opgezocht. Vervolgens zijn de resterende 3000 km waarvan geen meting beschikbaar was, bemeten door elke 50 m een meting uit te voeren. Dit zijn veel minder metingen dan een regulier verhardingsonderzoek, maar deze aanpak levert voldoende informatie voor een restlevensduurvoorspelling op netwerkniveau. De kosten voor deze circa 600.000 metingen waren aanzienlijk; deze wegen ­echter ruimschoots op tegen de langetermijnbesparingen doordat calamiteiten kunnen worden voorkomen. De andere vereiste modelinvoer voor het draagkrachtlevensduurmodel zijn de te verwachten aslasten. Deze zijn in twee stappen bepaald. In de eerste plaats zijn de Weighin Motion (WiM) metingen ­geanalyseerd van de bestaande 18 WiM-stations. Met behulp van deze informatie kon het gemiddelde gewicht van een vrachtauto in Nederland worden berekend. In de tweede plaats is op basis van verkeerstellussen gekeken hoeveel vrachtwagens er passeren in ieder 100m-wegvak, zodat het aantal representatieve aslasten per 100 m vak kon ­worden bepaald. Dat is geëxtrapoleerd naar de toekomst.

Afwateringsmodel
Het afwateringsmodel kijkt naar twee as­­pecten, namelijk de dikte van de waterfilm ophet wegdek gedurende intense regenbuienen de kans op plasvorming op de weg als gevolg van langdurige regenbuien. Beide aspecten worden locatiespecifiek berekend met relatief eenvoudige stromingsmodellen. Water dat op de weg valt, stroomt af naar de zijkant. De meeste deklagen op het hoofdwegennet hebben open asfalt met +/- 20% open ruimte. Dit betekent dat er in de wegdekken behoorlijk wat water kan worden geborgen. Op het moment dat alle open ruimte gevuld is met water, zal het overschot aan regenwater over het asfalt­oppervlak afstromen naar de zijkant van de weg. Dit betekent dat er een waterfilm op het wegdek ontstaat. De dikte van deze waterfilm hangt naast de regenintensiteit af van de breedte van de weg en toegepaste dwarshelling; hoe breder de weg en hoe kleiner de dwarshelling, hoe dikker de film. Indien deze waterfilm dikker is dan 2,5 mm ontstaat de kans op aquaplaning. Door de grote waterbergingscapaciteit in de opendeklagen is er maar een heel beperkt aantal locaties waar deze waterfilm te dik wordt. Daar waar dat gebeurt voor het 2050 klimaatscenario, wordt gelijktijdig met het eerstvolgende groot onderhoudsmoment de dwarshelling verhoogd tot 2,5%.

Vanaf de zijkant van de weg wordt het water verder afgevoerd via de berm of via hemelwaterafvoer-systemen (HWA). Indien het water via HWA-systemen wordt afgevoerd, dienen deze ook voldoende capaciteit te hebben en in goede conditie te zijn. Op basis van gegevens in datasystemen van Rijkswaterstaat is geschat of de diameters van de toegepaste buizen voldoen­de zijn. Daarnaast is op basis van toestandsinspec­ties een raming gedaan van de kosten die moeten worden gemaakt om HWA-systemen te onderhouden.

‘Beter inzicht in ­kosten ­Vervangings- en ­Renovatieopgave door data’

Resultaten
Met de beschreven aanpak is een planning gemaakt in welk jaar er onderhoud aan de draagkracht moet worden uitgevoerd en welke maatregel er nodig is. Door deze infor­matie te combineren met de breedte, kunnen de kosten per wegvak worden ge­raamd, zodat er ook een kostenplanning ontstaat per locatie, die opgeteld het hele wegennet beschrijft. Uit het voorgaande mag duidelijk zijn geworden dat er veel data nodig is geweest om dit planningsadvies te maken. Deze data is samengebracht in een webapplicatie, genaamd BIM/V, die na dit project verdergaat als BIM Provesy. Het overzichtelijk samenbrengen van deze informatie heeft de volgende voordelen. In de eerste plaats kan er goed worden teruggekeken welke informatie onderliggend is aan de raming. Daarnaast wordt het mogelijk om, als er nieuwe informatie beschikbaar komt over bijvoorbeeld verkeersbelastingen of meer intense neerslag, relatief snel de impact hier­van te berekenen op de kosten voor het verhardingsonderhoud. Tot slot is het mogelijk om de data toegankelijk te maken voor andere diensten binnen de organisatie. Er is binnen deze omgeving ook een tool ontwikkeld om de integrale planning te delen met de regionale beheerders. Een screenshot van deze planning is weergegeven in Figuur 3.

Conclusies
RWS heeft een integrale planning voor de langetermijnonderhoudsbehoefte van haar wegennet. Hierdoor wordt het mogelijk om ook gericht en kosteneffectief onderhoud uit te voeren aan draagkracht en de klimaatveranderingsbestendigheid. Het uitvoeren van de draagkrachtmetingen was het kostbaarste onderdeel om tot deze planning te komen. Daarom wordt er voor de toekomst gezocht naar een alternatieve methode om de draagkracht te kunnen meten zonder verkeersmaatregelen. Dit maakt het mogelijk om tegen redelijke kosten elke vijf jaar het onderdeel draagkracht in de onderhoudsplanning te updaten. Op dat moment zouden ook nieuwe klimaat­scenario’s van het KNMI kunnen worden meegenomen.