Entwicklung eines Verfahrens zur Ermittlung der Lebenszykluskosten von Straßen in Asphaltbauweise

Abstract

Die Abschätzung der wirtschaftlichen Gesamtbilanz von Straßenbefestigungen ist ein Grundanliegen der Straßenbaulastträger und wird mit der Etablierung neuer Vertragsformen (Funktionsbauverträge und PPP-Modelle) voraussichtlich weiter an Bedeutung gewinnen. Die Berechnung von Lebenszykluskosten von Straßen auf Grundlage von konkreten Substanzmerkmalen ist mit der Einführung der rechnerischen Dimensionierung und den in den RSO Asphalt beschriebenen bzw. im Zuge der Erstellung erarbeiteten Verfahren mittlerweile möglich und wurde in einem Forschungsprojekt der BASt bereits einer Erstanwendung unterzogen. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, die vorhandenen Erkenntnisse zur substanzbezogenen Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Straßen zu analysieren, zusammenzuführen und um wichtige Einflussfaktoren zu erweitern. Es wird eine Verfahren erarbeitet, das eine Abschätzung der Lebenszykluskosten verschiedener Straßenkategorien (Autobahnen, Bundesstraßen und Landesstraßen) in Abhängigkeit von geeigneten Eingangsparametern ermöglicht. Dabei werden auch derzeit nicht adäquat berücksichtigte Einflussfaktoren – beispielsweise die sonstigen Anlagenteile – in die Betrachtungen einbezogen. In einer umfassenden Literaturrecherche wurde zunächst der nationale und internationale Stand der Technik zum Themenkomplex „Lebenszykluskosten und Zustandsentwicklung von Straßen“ dargelegt und analysiert. Hieraus konnten bereits vorhandene Grundlagen für die weiteren Berechnungen ausgemacht werden. Im Anschluss wurden für Autobahnen, Bundes- und Landesstraßen repräsentative Streckenabschnitte erarbeitet. Diese definieren neben dem Regelquerschnitt und der Dicke sowie der Schichtenfolge des Oberbaus auch die Ausstattung mit sonstigen Anlagenteilen. Auf Grundlage der repräsentativen Streckenabschnitte und individueller Erhaltungsstrategien wurden unter Verwendung von zuvor kalkulierten Kosten für die Leistungen am Oberbau und den sonstigen Anlagenteilen Lebenszykluskosten für die verschiedenen Straßenkategorien berechnet. Diese ergeben sich aus der Verrechnung der Summe der askontierten Kosten für die Herstellung und Erhaltung der Straßenbefestigung mit dem verbleibenden Restwert zum Bewertungszeitpunkt. Die berechneten Lebenszykluskosten wurden in einem weiteren Schritt im Hinblick auf die verschiedenen Einflussgrößen analysiert und funktionell beschrieben. Durch die Erarbeitung verschiedener Regressionsfunktionen, können die Lebenszykluskosten von Asphaltstraßen in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussgrößen entweder relativ – in Form von einer prozentualen Entwicklung – oder absolut in Form von tatsächlichen Kosten berechnet und bewertet werden. Die in dieser Arbeit gewonnenen allgemeinen Zusammenhänge zur Entwicklung der Lebenszykluskosten ergeben in Kombination mit dem Forschungsprojekt „Grundlagen für die Beurteilung der dimensionierungsrelevanten Eigenschaften und der Wirtschaftlichkeit von Oberbaubefestigungen aus Asphalt“ eine solide Basis für weiterführende Untersuchungen.

To assess the overall costs of pavements is a major concern of road administrations and a necessity to establish new types of contracts like Puplic Private Partnerships (PPP), for example. The estimation of life-cycle costs based on specific material parameters like the stiffness or fatigue-resistance became possible by implementing the RDO Asphalt into the existing standards and regulations. Furthermore, the RSO Asphalt provide a procedure to assess the profitability of asphalt pavements in accordance to the given material parameters. The aim of this thesis is to calculate and assess the financial requirements for the maintenance of different road categories during the whole life-cycle of an asphaltic road. Therefore, important factors and parameters were added to existing procedures based on the structural substance of roads. In a literature research the national and international state of the art concerning the topic of life-cycle-cost analysis and the behavior of asphalt roads under traffic were shown and analyzed. So it was possible to determine existing essentials for further calculations. Subsequently representative road sections for the German Autobahnen, Bundesstraßen and Landesstraßen were worked out. They define the cross sections, the thickness and number of layers as well as further components like guardrails or road signs for each road category. On the basis of these representative road sections and individual maintenance strategies, the life-cycle costs were calculated based on estimated costs for the construction of the road and for maintenance activities. The life-cycle costs are defined as the sum of the costs for the construction and the maintenance of the road minus the salvage value at the end of the life-cycle. The calculated life-cycle costs have been analyzed and functionally emulated. With these regression functions it is possible to estimate the life-cycle costs for asphalt pavements as a percentage development or as real costs.