Samenvatting

De langsvlakheid is een belangrijke maat voor de veiligheid en het rijcomfort van wegen. In de dagelijkse geotechnische adviespraktijk is echter niet voldoende gereedschap voorhanden om in het ontwerp op een bevredigende wijze rekening te houden met de langsvlakheid. Dit gegeven was aanleiding voor de oprichting van de werkgroep ‘Reële langsvlakheidseisen’. Deze werkgroep, die is voortgekomen uit een klankbordgroep van het project ‘Blijvend Vlakke Wegen’ van Delft Cluster, kreeg als belangrijkste taak een methode te vinden waarmee de langsvlakheid van autosnelwegen op een praktische, betrouwbare en doelmatige wijze kan worden voorspeld en beoordeeld. De ontwikkeling van deze ontwerpmethode is gebaseerd op de stochastische modelleringen en zettingsberekeningen voor het project A2 Vinkeveen-Maarssen, dat werd uitgevoerd in het kader van het project ‘Blijvend Vlakke Wegen’.

De werkgroep heeft zich geconcentreerd op langsonvlakheid die wordt veroorzaakt door zetting van de ondergrond. De effecten van inklinking en demping van de aardebaan op langsonvlakheid zijn slechts in oriënterende zin onderzocht.

Eisen aan de langsvlakheid worden vaak gesteld in de vorm van een maximaal toelaatbaar hoogteverschil van het rijoppervlak over een bepaalde afstand. Bij wegen wordt de onvlakheid ook wel uitgedrukt in een IRI-waarde (International Roughness Index). Aan de hand van deze waarde kan de wegbeheerder in de gebruiksperiode de langsvlakheid van het wegoppervlak toetsen. De IRI-waarde is echter onbruikbaar als eis voor het geotechnisch ontwerp.

Om een beter overzicht te krijgen van de langsvlakheidseisen bij Rijkswaterstaat worden in deze publicatie eerst de historie, het bestaande gebruik en de ontwikkeling van langsvlakheidseisen uiteengezet. Hierbij wordt onderscheid gemaakt in de periode voorafgaand aan de invoering van geïntegreerde contracten en de periode daarna. De ontwikkelingen richten zich vooral op de formulering en het niveau (de getalswaarde) van de langsvlakheidseis. Er wordt kort ingegaan op het berekenen en het meten van langsonvlakheid, waarbij ook aandacht wordt geschonken aan het beheersysteem bij Rijkswaterstaat.

In principe moet een langsvlakheidseis streng genoeg zijn om de opdrachtnemer te prikkelen een maximaal vlakke weg te bouwen binnen de randvoorwaarden van ondergrond, bouwtijd en budget. De werkgroep ‘Reële langsvlakheidseisen’ heeft voor verschillende typen ondergrond onderzoek gedaan naar het effect van het niveau van de eis op de bouwtijd en de onderhoudskosten. Het onderzoek heeft bijgedragen aan een beter inzicht in de gevolgen van de gekozen langsvlakheidseis voor bouwmethoden inclusief de bijbehorende aanleg- en onderhoudskosten.

Voor opdrachtgevers is een aantal aanbevelingen opgenomen voor het stellen van langsvlakheidseisen en lane rental.

Bij geïntegreerde contractvormen is de opdrachtnemer er verantwoordelijk voor dat zijn ontwerp voldoet aan de gestelde langsvlakheidseis. Opdrachtnemers hebben voor dit doel behoefte aan een risicogestuurde, betrouwbare en praktische ontwerpmethode gebaseerd op een absolute restzetting. In deze publicatie wordt een ontwerpmethode uiteengezet waarmee de haalbaarheid van de langsvlakheidseis kan worden beoordeeld aan de hand van een berekende absolute restzetting. Afhankelijk van het benodigde detailniveau kan worden gekozen voor een eenvoudige werkwijze (waarbij wordt uitgegaan van een deterministisch berekende gemiddelde restzetting van een deelgebied met een geschatte spreiding) of voor een tweetraps probabilistische werkwijze met een tweede- of een derde-ordeberekening (waarbij ook de ruimtelijke afhankelijkheid van de grondlaagopbouw en de laageigenschappen worden verdisconteerd). De genoemde ontwerpmethoden worden doorlopen volgens een stappenplan. Ze resulteren in ontwerpgrafieken waarmee de ontwerper een inschatting kan maken van de kans op het (niet) voldoen aan de langsvlakheidseis.

De werkgroep heeft als uitgangspunt een langsvlakheidseis van 50 mm hoogteverschil over een afstand van 25 m gekozen. Om de voordelen van de probabilistische methoden duidelijk te maken, wordt stilgestaan bij de tekortkomingen van de deterministische berekening.

Voorwaarden voor de berekeningsmethoden zijn dat de restzetting geheel uit kruipzetting bestaat en normaal verdeeld is. Uit het onderliggende onderzoek voor het project A2 is namelijk gebleken dat alleen een duidelijke relatie tussen restzetting en restzettingsverschil bestaat als de consolidatieperiode geheel voorbij is. De restzetting kan in dit geval als normaal verdeelde variabele worden aangenomen.

Om de toepassing en het begrip van de ontwikkelde methode kracht bij te zetten, wordt ruime aandacht besteed aan het modelleren van de ondergrond en het stochastisch berekenen van restzettingsverschillen in en tussen deelgebieden. Aan de hand van een aantal berekeningsvoorbeelden wordt de methode nader toegelicht.

Om na te gaan wat de invloed is van abrupte zettingsverschillen in de aardebaan, en in hoeverre de aardebaan in staat is deze zettingsverschillen in de ondergrond te nivelleren of uit te smeren, zijn met het softwareprogramma Plaxis enkele numerieke berekeningen gemaakt. Het bedoelde effect, dat wel wordt aangeduid als balkwerking, kan bijvoorbeeld optreden bij de kruising van een weg met een geulopvulling van samendrukbare grond. Op basis van de berekeningen en analyses lijkt het in sommige gevallen aannemelijk om te rekenen met een ‘uitsmering’ van het restzettingsverschil over een beperkte afstand en met enige demping van het restzettingsverschil. Uit een oriënterende analyse blijkt dat er een vrij grote kans bestaat dat klink in de aardebaan tot restzettingsverschillen van enkele centimeters leidt. De invloed van het effect van inklinking op restzettingsverschillen verdient nader onderzoek.

Een ander belangrijk aspect is de invloed van de mens op de nauwkeurigheid van de zettingsberekening. De keuzes en interpretatiemogelijkheden van de geotechnisch ontwerper kunnen grote invloed hebben op de nauwkeurigheid van een zettingsprognose. Aan de hand van praktijkvoorbeelden vindt de geotechnisch ontwerper in deze publicatie praktische aanwijzingen om, in het belang van een hogere nauwkeurigheid van de zettingsprognose, goede keuzes en afwegingen te maken bij het afleiden van samendrukkingsparameters en het toepassen van zettingsmodellen.

Ook is oriënterend onderzoek verricht naar de invloed van de nauwkeurigheid, de duur en de frequentie van zettingsmetingen op de restzettingsprognose.
De benodigde meetnauwkeurigheid, de duur van de meetperiode en de meetfrequentie hangen af van de gestelde restzettingseis. Het is niet per definitie noodzakelijk om hoge eisen te stellen aan de nauwkeurigheid van de metingen. De nauwkeurigheid, de duur en de frequentie moeten worden afgestemd op het niveau van de langsvlakheidseis. Het herberekenen van eigenschappen van de ondergrond op basis van gemeten zettingen is, in combinatie met een probabilistische methode voor het bepalen van de bandbreedte, een bruikbare werkwijze om de overschrijdingskans en hiermee de haalbaarheid van een langsvlakheidseis te analyseren.

De onderzoeken zijn toegespitst op primaire wegen (autosnelwegen). Voor secundaire wegen, met minder strenge langsvlakheidseisen (hoogteverschil van circa 100 tot 200 mm over 25 m), zijn ook ontwerpgrafieken beschikbaar. Hierin wordt een verband aangegeven tussen de kans op overschrijding van de betreffende langsvlakheidseis in relatie tot een deterministisch berekende gemiddelde restzetting van een deelgebied met een aangenomen spreiding.