Asfalt en bitumendag 2010

Een goed of een slecht wegdek ... wie betaalt de rekening? Jacob Groenendijk met dank aan Nico van den Berg KOAC-NPC

Inhoud Energieverbruik van een weg in verschillende levensstadia Energieverbruik van een auto Rolweerstand en wegdekkwaliteit Verschillen tussen asfalt en beton? Conclusie Vlakke wegen zijn goedkoper en milieuvriendelijker

Energieverbruik van een weg Wanneer “gebruikt” een weg de meeste energie? Bij productie? Bij transport? Bij aanleg? Tijdens gebruik? Bij onderhoud? Bij sloop?

Energieverbruik van een weg Het energieverbruik (Frankrijk) door gebruik van de weg is ca. 15 tot meer dan 100 keer zo groot als dat voor de bouw*) van de weg en het onderhoud over een periode van 30 jaar. *) bouw is inclusief transport, productie van grond- en bouwstoffen, aanleg en betonnen of stalen voertuigkeringen. Bron: Chappat en Bilal (Eurobitume & Eurasphalt Vienna 2004)

Energieverbruik (vlgs. Chappat en Bilal) Bron: Verkeerstype volgens LCPC-Setra klassificering Energieverbruik (MJ/m2) Cumulatief tgv verkeer Doorgaand gewapend beton Ongedeuveld beton Warm asfalt Hoge stijfheid asfalt Koud asfalt Energieverbruik voor aanleg en 30 jaar onderhoud en tgv verkeer Het energieverbruik (Frankrijk) door gebruik van de weg is ca. 15 tot meer dan 100 keer zo groot als dat voor de bouw*) van de weg en het onderhoud over een periode van 30 jaar. *) bouw is inclusief transport, productie van grond- en bouwstoffen, aanleg en betonnen of stalen voertuigkeringen. Bron: Chappat en Bilal (Eurobitume & Eurasphalt Vienna 2004)

Energieverbruik voertuig Waar wordt de energie verbruikt? Inertie (energie benodigd om het voertuig te versnellen en vertragen) Interne wrijving (verliezen in motor en aandrijving) Luchtweerstand (verliezen door wrijving met de lucht; toename evenredig met v2) Rolweerstand (verlies door vervorming van band, schokdempers en wegdek; onafhankelijk van v) Puristen scharen energieverliezen in schokdempers en wegdek niet onder rolweerstand. Daar hebben ze wel gelijk in, maar de energieverliezen (dus brandstofverbruik zijn wel reeel en relevant, dus je moet ze ergens meenemen. Daarom hier in “rolweerstand”.

Weerstand

Energieverbruik Inertie krachten: sterk afhankelijk van massa voertuig en verkeersituatie Interne wrijving: vrij klein en onafhankelijk van verkeersituatie Luchtweerstand: belangrijkste bron van verbruik bij hoge snelheid Rolweerstand: bij alle snelheden een belangrijke bron van verbruik

Verdeling energieverbruik

Oorzaken verschillen Stad: Buitenweg: Snelweg: veel versnellen en vertragen max 60 km/h Buitenweg: beperkt versnellen en vertragen max 90 km/h Snelweg: 1x versnellen – constant 130 km/h – 1x vertragen

Band-wegdek contact Een compromis tussen: Veiligheid Schoon Stil Grip Comfort Schoon Rolweerstand Slijtage band en weg Stil Geluid binnen en buiten het voertuig

Wat is rolweerstand? Rolweerstand komt voort uit: De cyclische vervorming van de band De vervorming van het wegdek Micro slip tussen band en wegdek Luchtweerstand rond de band Vervorming van schokdempers 1 2 3 4 5 10% minder rolweerstand is 0.5-3% minder brandstof (cars 0.5-1.5, trucks 1.5-3) [I. Lopez Arteaga, Silent roads 2010] verdubbeling rolweerstand (van 0.1 naar 0.2) geeft 15% meer brandstof [H. Bendtsen, Rolling resistance, fuel consumption – a literature review, Danish Road Institute, Technical note 023, 2004, verwijzend naar Descornet, Guy. Road-Surface Influence on Tire Rolling Resistance. Surface Characteristics of Roadways: International Research and Technologies, ASTM STP 1031, W. E. Mayer and J. Reichert, Eds., American Society for testing and Materials, Philadelphia, 1990, pp. 401-415.]

Mogelijkheden voor ingrepen Optimaliseren van Rubbereigenschappen van de band Door bandenfabrikanten Eigenschappen van het wegdek Door (asfalt)producenten / aannemers Micro-, macro- en megatextuur Door producenten / aannemers Luchtweerstand rond wiel Door autobouwers? / velgkiezers?

Aanpassen stijfheid wegdek De stijfheid (visco-elastisch gedrag) van het asfaltwegdek zou misschien aangepast kunnen worden, zodat de rolweerstand lager wordt. De bijdrage is gering en daardoor moeilijk te meten maar verlagen van de rolweerstand zou tevens positieve gevolgen kunnen hebben voor de slijtweerstand van het materiaal.

Aanpassen textuur De micro- en macro- en megatextuur hebben direct invloed op de rolweerstand. Microtextuur is van het grootste belang voor grip / stroefheid en kan niet worden verkleind Macro- en megatextuur (vlakheid) moeten zo klein mogelijk zijn, zodat de band niet wordt aangestoten en vervormd en schokdempers e.d. van het voertuig niet worden aangesproken. Bij voorkeur negatieve textuur. Wel diepe macro-textuur nodig voor waterafvoer (natte stroefheid)

Vlakheid/textuur vs brandstofverbruik Uit: H. Bendtsen, Rolling resistance, fuel consumption – a literature review, Danish Road Institute, Technical note 023, 2004, verwijzend naar U. Sandberg, Road Macro- and Megatexture Influence on Fuel Consumption. In: Surface Characteristics of Roadways: International Research and Technologies, ASTM STP 1031, W. E. Mayer and J. Reichert, Eds., American Society for testing and Materials, Philadelphia, 1990, pp. 460-479. Bron: H. Bendtsen, Technical note 023, DRI

Megatextuur

Braille-stopstrepen

Verschillen asfalt en beton? Cementbranche: asfaltweg minder stijf dan betonweg, dus wiel op asfalt moet uit diepere kuil klimmen asfalt visco-elastisch, dus energieverlies in wegdek Asfaltbranche: niet materiaal is bepalend, maar totale constructie en VOORAL VLAKHEID en TEXTUUR Beton 1: De grootte van de deflectie (“de diepte van de kuil”) hangt heel erg af van totale constructiedikte. Verder zijn er fysici die stellen dat elke ELASTISCHE invering, hoe diep ook, geen energie kost aan het voertuig, omdat “de weg de band ook weer uit zijn kuil duwt”. Dat zou best waar kunnen zijn, maar ik (Jacob Groenendijk) heb daar niet helemaal een goed gevoel bij. Beton 2: Kan kloppen, berekeningen geven circa 0,5% extra brandstofverbruik Asfalt 1: Invloed Vlakheid en Macrotextuur wel 7-12% [Sandberg, ASTM STP 1031, pp 460-479, 1990] Verbetering van vlakheid (IRI) met 10% levert 4.5% winst in brandstofverbruik [Sime et al., Techbrief: WesTrack Track Roughness, Fuel Consumption and Maintenance Cost,. FHWA-RD-00-052 (2000).] NB vlakheidsverbetering door frezen 100 mm asfalt en inlage. Hierdoor ook versterking van de constructie, en dus verlaging van de deflecties, wat ook kan bijdragen aan minder brandstofverbruik.

Overdreven beeld Cementindustrie heeft het volgende beeld bij asfaltwegen Asfalt Beton

IRI asfalt versus betonwegen HMA = Asfalt PCCP = Beton Gegevens uit Oregon

Rolweerstand – RMS textuurdiepte CRR=FR/N = weerstandskracht/normaalkracht Bron: I. Lopez Arteaga, TU/e, 7e Silent Roads symp. 2010

Rolweerstand – RMS textuurdiepte CRR=FR/N = weerstandskracht/normaalkracht Bron: I. Lopez Arteaga, TU/e, 7e Silent Roads symp. 2010

Rolweerstand – RMS textuurdiepte CRR=FR/N = weerstandskracht/normaalkracht ? Bron: I. Lopez Arteaga, TU/e, 7e Silent Roads symp. 2010

Rolweerstand - wegdektypen Proefvakken Kloosterzande CRR=FR/N = weerstandskracht/normaalkracht CRR ISO SMA DAC DGD ZOAB TL-ZOAB RUBBERS OPP.BEH Bron: M+P course on tyre-road interaction nov 2010

Conclusie Hoe vlakker de weg, hoe minder energie verloren gaat in vervorming van banden en schokdempers. Dus maak en houd de wegen vlak, want dat spaart brandstof tijdens de gehele levensduur van de weg. Verder: Besparing energiegebruik aanleg Optimalisatie macrotextuur Optimalisatie stijfheid/energieverlies verharding Bot geformuleerd: Bij bezuinigingen op beheer en onderhoud bij overheden, betaalt de weggebruiker de rekening aan de pomp, maar is het milieu de grote verliezer.

Bovendien: Een vlakkere weg geeft: meer rijcomfort minder vermoeiing bestuurder minder voertuigslijtage minder ladingschade langere levensduur weg Oh ja: Niet te hard rijden Banden op goede spanning expert opiniuon: 25% vlakker geeft 10% langere levensduur [J. Marks, Smoothness matters: the influence of pavement on fuel consumption, Hot mix asphalt technology, nov/dec 2009]