www.fugro.com

Doelen en resultaten wg RLECROW-Publicatie “Van langsvlakheid naar restzetting”

Mark Peter RooduijnCROW Infraweek 11 januari 2011

www.fugro.com

Langsvlakheid

Geeft de mate van de onvlakheid rijoppervlakMaat voor veiligheid en comfort weggebruikerOorzakenEisen: - restzettingsverschil over afstand (50 mm over 25 m)

- IRI-waarde (geen ontwerpeis)

Eis aan langsvlakheid

Ondergrond(heterogeniteit)

Aardebaan(balkwerking en inklinking)

www.fugro.com

Hoofddoel en resultaat

ontwikkelen van een methode voor het praktisch, betrouwbaar en doelmatig voorspellen langsvlakheid en beoordelen faalkans in ontwerpstadium. Risico gestuurd ontwerp (faalkans x gevolg)

Deterministisch(+)

Proces

Stochastisch (+simulatie) Resultaat

Comfort weggebruiker

Langsvlakheid

Restzettingsverschil

Absolute restzettingmet bandbreedte

Ontwerp

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

Gemiddelde restzetting (m)

Kan

s o

vers

ch

rijd

en

eis

la

ng

svl

akh

eid

0,150,200,250,300,350,400,450,50

VC

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

toegestane "faalkans"

afg

ekeu

rd t

raje

ct [

m]

www.fugro.com

Onderzoeken

Historie, huidig gebruik en ontwikkeling langsvlakheidseis bij RWS

De financiële gevolgen van het stellen van (te) hoge/strenge eisen aan langsvlakheid met een Life Cycle Cost (LCC) benadering.

Variatie van de grondopbouw, samendrukkingsparameters en correlatielengte

Mate van demping op onvlakheid door balkwerking en invloed inklinking aardebaan door verkeerstrillingen

Invloed van meetduur, meetnauwkeurigheid en meetfrequentie op de nauwkeurigheid van zettingprognoses

Invloed keuzes en interpretatiemogelijkheden van de mens op de nauwkeurigheid van zettingprognoses.

www.fugro.com

Stellen langsvlakheideisen

Afhankelijk van locatie in Nederland (zettingsgevoeligheid)

Maximaal 30 – 90 mm restzettingsverschil over 25 m na 7 jaar gebruik gemiddeld goed te halen (zonder grondverbetering, matrassen e.d.)

Maximaal acceptabel hoogteverschil over 25 m Maximale helling stootplaat(o.b.v. toelaatbare versnelling op menselijk lichaam)

Grafieken: Coremans 2007, langsonvlakheid van wegen – relatie van comfort tot restzettingseisen

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

Lengte onvlakheid (m)

Ho

og

te o

nvl

akh

eid

(m

m)

50 k

m/h

80 k

m/h

100

km/h

120

km/h

0

50

100

150

200

250

300

0 2 4 6 8 10 12

Lengte stootplaat (m)

Ho

og

te o

nvl

akh

eid

(m

m)

50 k

m/h

80 k

m/h

100 km/h

120 km/h1:100

www.fugro.com

Langsvlakheid v.s bouw- en onderhoudskosten

Eis moet opdrachtnemer prikkelen tot levering maximaal vlakke weg binnen randvoorwaarden, ondergrond, bouwtijd en budget

invloed hoogte ligging en niveau van de eis op slappe grond

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Eis restzettingsverschil over 25m in 7 jaar (mm)

Aa

nle

g-

en

on

de

rho

ud

sk

os

ten

ov

er

20

jaa

r p

er

km

we

g (

milj

oe

n €

)

hoge ligging,400 dagen

lage ligging,400 dagen

hoge ligging,800 dagen

lage ligging,800 dagen

Abcoude (veen)0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Eis restzettingsverschil over 25m in 7 jaar (mm)

Aa

nle

g-

en

on

de

rho

ud

sk

os

ten

ov

er

20

ja

ar

pe

r k

m w

eg

(m

iljo

en

€)

hoge ligging,400 dagen

lage ligging,400 dagen

Berkel (klei)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Eis restzettingsverschil over 25m in 7 jaar (mm)

Aa

nle

g-

en

on

de

rho

ud

sk

os

ten

ov

er

20

ja

ar

pe

r k

m w

eg

(m

iljo

en

€)

hoge ligging,200 dagen

lage ligging,200 dagen

's-Hertogenbosch (zand)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600 800 1000

Bouwtijd (dagen)

Lan

gsv

lakh

eid

seis

ove

r 25

m (

mm

)

Bouw- en onderhoudskosten

117%

120%

80%

100%

www.fugro.com

Maatregelen beperking onzekerheid op prognose langsvlakheid

GebruiksfaseUitvoeringsfaseOntwerpfase(voorontwerp / definitief ontwerp)

Tijd

On

zek

erh

eid

pro

gnos

e la

ngs

vlak

hei

d

Rob

uust

ond

erzo

ek

Ver

kenn

ing

over

ige

fact

oren

Invl

oed

klin

k, b

alkw

erki

ng, e

tc.

Pla

nnin

g ko

sten

ver

sus

tijd

Bou

wti

jd, a

anle

gvar

iant

, etc

.

Erv

arin

g ad

vise

urs

Keu

ze m

odel

en

para

met

ers

Aan

vull

end

gron

dond

erzo

ek

Aan

vull

end

gron

dond

erzo

ek

Beh

eers

ing

zett

ings

proc

esM

onit

orin

gze

ttin

gen,

etc

.

Kw

alit

eit u

itvo

erin

gV

erdi

chti

ng a

arde

baan

Aan

vull

ende

maa

treg

elen

extr

a ov

erho

ogte

, ver

t. dr

ains

, etc

.

Eis langsvlakheid

GebruiksfaseUitvoeringsfaseOntwerpfase(voorontwerp / definitief ontwerp)

Tijd

On

zek

erh

eid

pro

gnos

e la

ngs

vlak

hei

d

Rob

uust

ond

erzo

ek

Ver

kenn

ing

over

ige

fact

oren

Invl

oed

klin

k, b

alkw

erki

ng, e

tc.

Pla

nnin

g ko

sten

ver

sus

tijd

Bou

wti

jd, a

anle

gvar

iant

, etc

.

Erv

arin

g ad

vise

urs

Keu

ze m

odel

en

para

met

ers

Aan

vull

end

gron

dond

erzo

ek

Aan

vull

end

gron

dond

erzo

ek

Beh

eers

ing

zett

ings

proc

esM

onit

orin

gze

ttin

gen,

etc

.

Kw

alit

eit u

itvo

erin

gV

erdi

chti

ng a

arde

baan

Aan

vull

ende

maa

treg

elen

extr

a ov

erho

ogte

, ver

t. dr

ains

, etc

.

Eis langsvlakheid

GebruiksfaseGebruiksfaseUitvoeringsfaseUitvoeringsfaseOntwerpfase(voorontwerp / definitief ontwerp)

Ontwerpfase(voorontwerp / definitief ontwerp)

Tijd

On

zek

erh

eid

pro

gnos

e la

ngs

vlak

hei

d

Tijd

On

zek

erh

eid

pro

gnos

e la

ngs

vlak

hei

d

Rob

uust

ond

erzo

ek

Ver

kenn

ing

over

ige

fact

oren

Invl

oed

klin

k, b

alkw

erki

ng, e

tc.

Pla

nnin

g ko

sten

ver

sus

tijd

Bou

wti

jd, a

anle

gvar

iant

, etc

.

Erv

arin

g ad

vise

urs

Keu

ze m

odel

en

para

met

ers

Aan

vull

end

gron

dond

erzo

ek

Ro

bu

ust

on

de

rzo

ek

Ve

rken

nin

g o

veri

ge

fac

tore

nIn

vlo

ed

kli

nk,

ba

lkw

erki

ng

, et

c.

Pla

nn

ing

ko

ste

n v

ers

us

tijd

Bo

uw

tijd

, aa

nle

gva

rian

t, e

tc.

Erv

arin

g a

dvi

seu

rsK

euze

mo

del

en

par

am

ete

rs

Aan

vu

llen

d g

ron

do

nd

erzo

ek

Aan

vull

end

gron

dond

erzo

ek

Beh

eers

ing

zett

ings

proc

esM

onit

orin

gze

ttin

gen,

etc

.

Kw

alit

eit u

itvo

erin

gV

erdi

chti

ng a

arde

baan

Aan

vull

ende

maa

treg

elen

extr

a ov

erho

ogte

, ver

t. dr

ains

, etc

.

Aan

vull

end

gro

nd

on

der

zoek

Kw

alit

eit

uiv

oe

rin

g

Ver

dic

hti

ng

aar

deb

aan

Aa

nvu

llen

de

maa

treg

elen

Ext

r o

verh

oo

gte

, d

rain

s,

gra

ven

Beh

eers

ing

zet

tin

gsp

roce

sM

on

ito

rin

g z

etti

ng

en

Eis langsvlakheid

www.fugro.com

Voorspellen van restzettingsverschillen

Modelleren ondergrond (lithologie, parameters, statistische data-analyse, uitbijters, ruimtelijke afhankelijkheid)

Fijne- en grove

heterogeniteit

Berekening restzetting per deelgebied (deterministisch(+), stochastisch + ev simulaties)

Berekening restzettingsverschillen per deelgebied

Deelgebied 1 Deelgebied 1 Deelgebied 2 Deelgebied 3

1) Gemiddelde laagopbouw

2) spreiding laagscheiding

3) Gem en spreiding laageigenschappen

4) Stochastische analyse

5) Restzettinggem en spreiding

6) Kans restzetting Zrest > eis

eis

www.fugro.com

Restzettingsverschillen in en tussen deelgebieden

Figuur 4.5: Berekening van restzettingsverschil over 25 m, deterministisch model voor fijne heterogeniteit (deelgebied a, linker paneel) en grove heterogeniteit (deelgebied a en b, rechter paneel).

25 m

DeltaZrest = Zrest,a-Zrest,b ongelijk 0

Z = Zrest,a

Z = Zrest,b

25 m

DeltaZrest = Zrest,a-Zrest,b= 0

Z = Zrest,a Z = Zrest,b

brestarestrest ZZZ ,, −=∆25

05,0

25≤∆ restZ

www.fugro.com

Restzettingsverschillen in en tussen deelgebieden

} binnen een deelgebied, zonder ruimtelijke afhankelijkheid

Figuur 4.6: Berekening van restzettingsverschil over 25 m, stochastisch model voor fijne heterogeniteit (deelgebied a, linker paneel) en grove heterogeniteit (deelgebied a en b rechter paneel).

25 m

Z = Zrest,aZ = Zrest,b

25 m

Z = Zrest,a

Z = Zrest,b

µ DeltaZrest = Zrest,a-Zrest,b = 0Stdev DeltaZrest ongelijk 0

µ DeltaZrest = Zrest,a-Zrest,b

ongelijk0Stdev DeltaZrest ongelijk 0

0)()()( =−=∆ restrestrest ZZZ µµµ)(2)var(2)var()var()var( 2

;; restrestbrestarestrest ZZZZZ σ==+=∆

www.fugro.com

Restzettingsverschillen in en tussen deelgebieden

} binnen een deelgebied, met

ruimtelijke afhankelijkheid

} simulatie restzetting binnen een deelgebied,

met ruimtelijke afhankelijkheid + ruis

factorZr

hZ

ra

hsZ restrestrest *)var(

3exp1(*)var(2exp1(2)var( =

−−=

−−=∆

0)()()( =−=∆ restrestrest ZZZ µµµ

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

range [m]

facto

r vo

or

var

vers

ch

ilre

stz

ett

ing

[-] 200175150125100

755040

3025

2015

10

5

irestrestirest ruisZZZ *)()(, σµ +=

hirestresthirest ruisZZZ ++ += *)()(, σµ

www.fugro.com

Berekening faalkans langsvlakheidseis

Eis: 50 mm restzettingverschil over 25 m

Voorwaarden: Normaal verdeelde restzetting. Consolidatieperiode beëindigd. Anders geen duidelijke relatie tussen restzetting en restzettingsverschilIndien de restzetting wordt gedomineerd door kruip is binnen homogene deelgebieden de variantie van de verschilrestzetting over 25 m evenredig met de variantie van de restzetting. Over deelgebieden heen het gebruik van een lineaire relatie een onderschatting geeft van de te verwachten variantie in de verschilrestzetting.

Waarbij P(..< x) is af te lezen uit de standaard normale verdeling

∆∆−≤−=≤∆−=>∆

)var(

)(05,012)05,0(1)05,0(

rest

restrestrest

Z

ZPZPZP

µχ

www.fugro.com

Voorbeeldberekening faalkans langsvlakheidseis

Indien voldoende (regionale) ervaring aanwezig is over de mate van variatie van de (rest-) zetting kan ook een deterministische(+) berekening worden gemaakt, aangevuld met een expert judgement voor de te verwachten variatie coëfficiënt.

Bereken gemiddelde restzetting (b.v. 0,15 m) Kies hierbij een variatiecoëfficiënt (b.v. homogeen 20%, heterogeen 50%) Bereken standaarddeviatie Bereken de variantie van het restzettingsverschil Bereken of lees af uit ontwerpgrafiek de faalkans

Zonder ruimtelijke afhankelijkheid Met ruimtelijke afhankelijkheid

VCZZ restrest *)()( µσ =

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

Gemiddelde restzetting (m)

Kan

s o

ver

sch

rijd

ene

is la

ng

svla

khei

d

0,150,200,250,300,350,400,450,50

VC

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

Gemiddelde restzetting (m)

Kan

s o

vers

chri

jden

eis

lan

gsv

lakh

eid

0,150,200,250,300,350,400,450,50

VC

www.fugro.com

Vragen?