Perpetual pavement utilizing crumb rubber modified bitumen: a case study of the trial section on the S-19 expressway

• Autorzy: Pełczyńska Karolina , Grajewska Agata , Kopytko Sebastian

Identyfikatory

DOI

10.7409/RABDIM.023.035

Warianty tytułu

PL

Długowieczna nawierzchnia z wykorzystaniem asfaltów modyfikowanych gumą z recyklingu na przykładzie odcinka doświadczalnego drogi ekspresowej S-19

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

To minimize the environmental impact of road construction and reduce the carbon footprint, it is essential to design pavements with sustainability in mind, considering their entire life cycle. On the S19 expressway between Kraśnik and Janów Lubelski, a 400-meter-long trial section was designed and constructed in full alignment with this strategy. The pavement structure was developed following the American concept of perpetual pavement, incorporating a stiff and rut-resistant binder course along with a flexible and fatigue-resistant base course. This layer arrangement significantly extended the service life of the pavement without increasing the structure’s thickness. Additionally, recycled crumb rubber-modified bitumen from used vehicle tires was used for all asphalt layers. Beyond its ecological value, recycling waste tires also positively impacts material parameters. The constructed pavement structure enables the reduction of natural resource consumption, elongation of the periods between maintenance, and the utilization of fully valuable waste, like used car tires. Moreover, this type of structure is entirely recyclable, allowing for its use in the construction of new roads after its designated service life. The paper describes a method for designing perpetual pavement structures, presents a comparison of properties between crumb rubber-modified binders and standard binders, and provides test results for asphalt mixtures. The deflection measurements obtained by the falling weight deflectometer are also discussed.

PL

W celu ograniczenia wpływu budowy dróg na środowisko naturalne i zmniejszenia śladu węglowego, konieczne jest projektowanie nawierzchni w oparciu o zrównoważony rozwój, uwzględniając cały jej okres eksploatacji. Na ciągu głównym drogi ekspresowej S19 Kraśnik – Janów Lubelski zaprojektowano i wybudowano 400-metrowy odcinek doświadczalny, który w pełni wpisuje się w tę strategię. Konstrukcja nawierzchni została zaprojektowana i wykonana zgodnie z amerykańską koncepcją nawierzchni długowiecznej, czyli z zastosowaniem sztywnej i odpornej na koleinowanie warstwy wiążącej oraz elastycznej i odpornej na zmęczenie warstwy podbudowy. Taki układ warstw umożliwił znaczące wydłużenie okresu eksploatacji nawierzchni bez konieczności zwiększania grubości konstrukcji. Ponadto do wszystkich warstw asfaltowych zastosowano asfalt modyfikowany miałem gumowym pochodzącym z recyklingu zużytych opon samochodowych. Zagospodarowanie odpadów jakimi są zużyte opony samochodowe oprócz walorów ekologicznych ma również korzystny wpływ na parametry materiałowe lepiszczy bitumicznych. Wykonana konstrukcja nawierzchni umożliwia ograniczenie zużycia naturalnych surowców, wydłużenie okresów między remontowych nawierzchni oraz wykorzystanie pełnowartościowego odpadu jakim są zużyte opony samochodowe. Ponadto tego typu konstrukcja jest w pełni recyklowalna co oznacza, że po założonym okresie eksploatacji będzie mogła być wykorzystana do budowy nowych dróg. W artykule opisano metodę projektowania konstrukcji nawierzchni długowiecznej. Przedstawiono wyniki badań asfaltu modyfikowanego gumą w porównaniu do standardowo stosowanych lepiszczy oraz wyniki badań zastosowanych mieszanek mineralno-asfaltowych. Przedstawiono również wyniki pomiarów ugięć po wykonaniu odcinka doświadczalnego.

Słowa kluczowe

EN

perpetual pavement; crumb rubber-modified bitumen; FWD

PL

nawierzchnia długowieczna; asfalt modyfikowany gumą; FWD

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 22, no. 4
• Strony: 549--558
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pełczyńska Karolina

• TPA Sp. z o.o., 8 Parzniewska St., 05-800 Pruszków

• https://orcid.org/0000-0003-0126-7391

autor

Grajewska Agata

• TPA Sp. z o.o., 8 Parzniewska St., 05-800 Pruszków

autor

Kopytko Sebastian

• TPA Sp. z o.o., 8 Parzniewska St., 05-800 Pruszków

• https://orcid.org/0009-0002-0387-8727

Bibliografia

• 1. Park H., Kim J., Kim Y., Lee H-J.: Determination of the Layer Thickness for Long-Life Asphalt Pave-ment. Proceedings of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, 5, 2005, 791–802
• 2. Buncher M.M., Newcomb D.E., Huddleston I.J.: Perpetual pavements. Asphalt: The Magazine of the National Asphalt Institute, 15, 3, 2000, 20–22
• 3. Newcomb D.E, Willis R., Timm D.H: Perpetual Asphalt Pavements – A Synthesis. Asphalt Pavement Alliance, IM-40, 2004, 1–45
• 4. Yang Y., Gao X., Lin W., Timm D.H., Priest A.L., Huber G.A., Andrewski D.A.: Perpetual pavement design in China. International Conference on Perpetual Pavement, Ohio Research Institute for Transportation and the Environment, 2006, 1–17
• 5. Uzarowski L., Moore G., Gamble P.: Innovative, comprehensive design and construction of perpet-ual pavement on the Red Hill Valley Parkway in Hamilton. TAC/ATC 2008 – 2008 Annual Conference and Exhibition of the Transportation Association of Canada – Transportation: A Key to a Sustainable Future, 2008
• 6. Maher M.L.J.: From Theory to Practice: Rich Bottom Layer Design
• 7. Walubita L.F., Scullion T.: Texas Perpetual Pavements – New Design Guidelines. Texas Transporta-tion Institute (December 2009), 2010
• 8. Lee S.I., Walubita L.F., Hu S., Scullion T.: Sustainable Perpetual Asphalt Pavements and Comparative Analysis of Lifecycle Cost to Traditional 20-Year Pavement Design: Technical Report FHWA/TX-18/0-6856-1. Texas A&M Transportation Institute College Station, Texas, 2018
• 9. Button J.W.: Perpetual Bituminous Pavements. Transportation Research Circular, Number 503, 2001
• 10. Grajewska A., Matraszek K., Ruttmar I.: Koncepcje zastosowania nowoczesnych lepiszczy w długowiecznych nawierzchniach asfaltowych. XXVIII Seminarium Techniczna PSWNA, Falenty, 25–27 marca 2013
• 11. Sybilski D.: TN-249: Nawierzchnie asfaltowe długowieczne i tanie w utrzymaniu. Zadanie 1 – Analiza doświadczeń nawierzchni długowiecznych w świecie. Warszawa, 2009
• 12. Grajewska A., Pełczyńska K., Ruttmar I.: Długowieczna nawierzchnia drogi ekspresowej S8 Opacz – Paszków zaprojektowana na 50 lat. Materiały Budowlane, 4, 2016, 10–12, DOI: 10.15199/33.2016.04.02
• 13. Szwed A., Kamińska I.: Two-step Method of Designing Distribution of Material Stiffness in Perpetual Pavement to Prevent Structural Rutting and Fatigue. Procedia Engineering, 153, 2016, 706–714, DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.230
• 14. Ruttmar I., Grajewska A., Pełczyńska K.: Perpetual pavement design and construction using anti-fatigue base layer on expressway S8 in Poland. E&E Congress 6th Eurasphalt & Eurobitume Con-gress, 1–3 June 2016, Prague, Czech Republic
• 15. Ruttmar I., Mularzuk R., Radziszewski P., Piłat J., Sarnowski M.: Odcinek doświadczalny wykonany z mieszanek mineralno-gumowo-asfaltowych. Nawierzchnie Asfaltowe, 3, 2013
• 16. Mashaan N.S., Ali A.H., Karim M.R., Abdelaziz M.: A review on using crumb rubber in reinforcement of asphalt pavement. The Scientific World Journal, 4, 2014, DOI: 10.1155/2014/214612
• 17. Lo Presti D.: Recycled Tyre Rubber Modified Bitumens for road asphalt mixtures: A literature re-view. Construction and Building Materials, 49, 2013, 863–881, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.09.007
• 18. Mashaan N.S., Ali A.H., Karim M.R., Abdelaziz M.: An overview of crumb rubber modified asphalt. International Journal of Physical Sciences, 7, 2, 2012, 166–170, DOI: 10.5897/IJPSX11.007
• 19. Radziszewski P., Sarnowski M., Król J., Kowalski K.J., Ruttmar I., Zborowski A.: Recycled Tyre Rubber Modified Bitumens for road asphalt mixtures. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa, 2017
• 20. Radziszewski P.: Modelowanie trwałości zmęczeniowej modyfikowanych kompozytów mineralno-asfaltowych. Rozprawy Naukowe nr 45, Wydawnictwa Politechniki Białostockiej, Białystok 1997
• 21. Zborowski A., Klimaszewski P.: Efektywne, ekonomiczne i ekologiczne nawierzchnie z asfaltu mody-fikowanego gumą w technologii na mokro. Materiały Budowlane, 4, 2016, DOI: 10.15199/33.2016.04.03
• 22. Zborowski A., Klimaszewski P., Zawadzka A.: Asfalt modyfikowany gumą szansą na trwalsze drogi samorządowe. Drogi Gminne i Powiatowe, 6(29), 2016
• 23. Uzan J.: JULEA (Jacob Uzan Layered Elastic Analysis) code developed at Technion University, Haifa, Israel, 1976
• 24. Uzan J.: The Influence of the Interface Condition on Stress Distribution in a Layered System. Trans-portation Research Record, 616, 1976, 71–73
• 25. Judycki J., Jaskuła P., Pszczoła M., Alenowicz J., Dołżycki B., Jaczewski M., Ryś D., Stienss M.: Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych. Politechnika Gdańska, Gdańsk, 2014
• 26. Judycki J., Jaskuła P., Pszczoła M., Ryś D., Jaczewski M., Alenowicz J., Dołżycki B., Stienss M.: Analizy i projektowanie konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa, 2014
• 27. Corté J.F.: French Design Manual for Pavement Structures. Guide technique. LCPC, SETRA, 1997
• 28. Corte J.F., Goux M.T.: Conception et dimensionnement des structures de chaussee. Guide tech-nique. LCPC, SETRA, 1994
• 29. Jaczewski M., Judycki J.: Adaptacja francuskich kryteriów zmęczeniowych do projektowania na-wierzchni podatnych w warunkach polskich. Drogownictwo, 5, 2012, 164–170
• 30. Sybilski D.: Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide. Podręcznik Mechanistyczno-Empirycznego Projektowania Nawierzchni Drogowych w warunkach polskich. Warszawa, 2013
• 31. Corté J.F., Goux M.T.: Design of pavement structures: The French technical guide. Transportation Research Record, 1539, 1996, 116–124 DOI: 10.3141/1539-16
• 32. Sybilski D., Bańkowski W., Maliszewski M., Maliszewska D., Zofka A.: Katalog Przebudów i Remontów Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych. Warszawa, IBDiM, 2014
• 33. Radzikowski M.: Diagnostyka stanu nawierzchni i wybranych elementów korpusu drogi. Warszawa, GDDKiA, 2019

Uwagi

An extended version of the article from the Conference ‟Modern Road Pavements – MRP’2023” – Recycling in road pavement structures co-edited by Martins Zaumanis and Marcin Gajewski, published in frame of the Ministry of Education and Science project No. RCN/SP/0569/2021/1.