Waar het rubber de weg ontmoet

Amerikanen zijn geweldige chauffeurs. elk jaar draaien de wielen van het land over 1,5 biljoen kilometer aan wegen. Dat is ongeveer 5.000 km voor elke man, vrouw en kind in de Verenigde Staten. Maar ondanks de nationale honger naar blacktop, wordt bestrating zelden een tweede gedachte. Behalve wanneer het tijd is om rond een kuil te zwenken of over een met sleur gevulde kruising te stoten. Dan is de kans groot dat de woedende chauffeur verontwaardigd zal vragen: Waarom repareren ze deze verdomde wegen niet?

Ontspan, dat zijn ze.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van november 1998

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Overal in het land, op stille landelijke wegen en overbelaste tolwegen, introduceren snelwegingenieurs een krachtig nieuw principe voor wegenbouw, bekend als Superpave.

Superpave is een nieuwe manier om heet gemengd asfalt te ontwerpen, het kleverige, wanneer hete mengsel van teerkleurig cement en steenslag dat 94 procent van de Amerikaanse trottoirs vormt. Het is een uitstekende technologie, zegt Neil Hawks, directeur van speciale programma's bij de Transportation Research Board (TRB) in Washington D.C. Het is ook een grote verandering voor de grotendeels empirische kunst van wegenbouw. Superpave vervangt receptconstructie, gebaseerd op ervaringen uit het verleden, door wegdekontwerpen die zijn geworteld in een meer analytische beoordeling van de technische eigenschappen van wegmaterialen. Het doel van Superpave: de slagaders van het land voorzien van duurzame, op maat gemaakte trottoirs.

Het nieuwe systeem is ontwikkeld in universitaire en industriële laboratoria tijdens een intense, unieke onderzoekspush die in 1987 door het Congres werd gefinancierd. Zoals elke laboratoriumtechniek die bedoeld is voor gebruik in de echte wereld, heeft Superpave zijn problemen op zijn weg gevonden. Het moest het opnemen tegen krachtige industrieën en het betekende een steile leercurve voor de lokale transportafdelingen en aannemers die daadwerkelijk nieuwe wegen betalen en aanleggen. In 1996 gebruikten ze het systeem in slechts 95 bestratingswerkzaamheden. Maar dit jaar heeft Superpave een vlucht genomen, met een stijging van het aantal tot 1.339 in het hele land, goed voor bijna 30 procent van het wegdek dat in de Verenigde Staten is aangelegd.

Superverharde wegen zien er niet anders uit dan hun empirische tegenhangers. Maar onderzoekers voorspellen dat ze veel langer meegaan, misschien 15 jaar in plaats van 10, voordat ze groot onderhoud nodig hebben. Dat zou snelwegafdelingen volgens een schatting van het Texas Transportation Institute meer dan een half miljard dollar per jaar moeten besparen. Meer ter zake voor Amerikaanse reizigers, de studie ging ervan uit dat Superpave nog eens $ 2 miljard zal besparen door tijd te besparen, minder autoreparaties en minder minuten achter de onderhoudsploeg.

De oorsprong van Superpave ligt in een tijd waarin disco koning was, de bestverkochte auto van het land een Oldsmobile was en nieuwe wegenprojecten plotseling en op mysterieuze wijze begonnen te mislukken. Er zijn altijd gevallen geweest waarin dingen fout gingen en mensen het niet konden verklaren, zegt Damian Kulash, president van de Eno Transportation Foundation in Washington, D.C.. Maar mensen begonnen te voelen dat het steeds vaker voorkwam. Wegen vertoonden ver voor hun tijd tekenen van ouderdom: trogachtige sporen van het verkeer op warme dagen en scheuren door koud weer.

Er waren geen duidelijke oorzaken. Aannemers gebruikten recepten voor wegenbouw die weinig waren veranderd sinds 1872, toen Fifth Avenue in New York City de eerste asfaltverhardingen van het land verwelkomde. Toegegeven, de verkeersdrukte was gestaag aan het toenemen. En zwaardere vrachtwagens met stijvere banden werden verdacht van lafhartige slijtage. Anderen wezen met de vingers naar het asfalt zelf, een plakkerig residu van olieraffinage. Het olie-embargo van de OPEC had de aanvoerlijnen herschikt en de aard van het materiaal was veranderd.

Hoewel asfalt al duizenden jaren in gebruik was (de oude Egyptenaren gebruikten het voor mummificatie) en grind nog langer, waren de mechanische eigenschappen van bestrating grotendeels onontgonnen. Dus toen de wegen het begaven, wisten wegingenieurs niet wat ze moesten veranderen. Het was ook niet waarschijnlijk dat er gemakkelijke antwoorden zouden komen uit de onderzoekspijplijn, die al lang droog was. De cijfers in een somber rapport uit 1984 van de TRB zeiden alles. De halfgeleiderindustrie besteedde 8 procent van de omzet aan R&D; de farmaceutische industrie 6 procent; zelfs R&D-achterblijvers, zoals de voedingsmiddelen- en drankenindustrie, scoorden net geen 1 procent. De snelwegindustrie had minder dan 0,2 procent uitgegeven.

Het spook van het verval van de infrastructuur en het grimmige financieringsscenario dreven het Congres tot actie. In 1987 startte het het Strategic Highway Research Program (SHRP), een bod van $ 150 miljoen om oplossingen te vinden voor de grootste problemen van snelwegingenieurs. Volledig $ 50 miljoen ging naar het oplossen van het trottoirprobleem.

Pavement's Moonshot

Maar innovatie was een concept dat zo vreemd was aan asfalt dat Kulash, die de uitvoerend directeur van SHRP werd, wanhoopte om bekwame onderzoekers te vinden. Er gebeurde weinig, zegt hij. We waren bang dat er niet genoeg technische capaciteit zou zijn. Maar dit zou het moonshot van bestrating zijn. Dus, onder leiding van Tom Kennedy aan de Universiteit van Texas, Austin, kwamen ingenieurs uit de academische wereld en de industrie samen voor een zes jaar durende inspanning om betere manieren te vinden om bestrating aan te leggen.

Het resultaat van al het onderzoek is Superpave, wat staat voor superieur presterende asfaltverhardingen. Superpave is niet één supermateriaal of één belangrijk inzicht. In plaats daarvan is het een nieuwe set testapparatuur en protocollen voor het door elkaar halen van wegen die gegarandeerd bestand zijn tegen het weer en het verkeer van een specifieke locatie.

Neem asfalt, ook wel hete olie genoemd door de raffinaderijarbeiders die het produceren als een bijproduct van het katalytisch kraken dat benzine en verwarmingsbrandstof van ruwe olie bevrijdt. Vóór Superpave gebruikten aannemers van het noorden van Maine tot de Virginia-lijn allemaal dezelfde soort asfalt. Dat komt omdat ze alleen de viscositeit ervan hebben getest, om te zien hoe goed het spoorvorming in de zomer zou voorkomen.

Maar in het noordoosten scheurt bestrating vaker open van de kou dan van de hitte. Met Superpave, legt materiaalingenieur Nelio Rodrigues van het Connecticut Department of Transportation (DOT) uit, moet asfalt nu door een hoepel springen door prestatietests te doorstaan ​​bij zowel hoge als lage temperaturen. Eén test onderwerpt glasachtig asfalt op kamertemperatuur aan een machine die bekend staat als de dynamische afschuifreometer. Aangepast door de SHRP-onderzoekers van een model dat de consistentie van roomkaas meet, past het apparaat een draaiende kracht toe om het vermogen van asfalt om vervorming te weerstaan ​​te meten. Een andere test vraagt ​​om gekoelde asfaltstokken die over kleine bakbokken zijn gelegd om een ​​gewicht te dragen. Als ze barsten, is het asfalt niet geschikt voor koude streken.

Kijken naar lage temperaturen is een grote stap voorwaarts, zegt April Swanson, een onderzoekschemicus bij Amoco's Whiting, Ind. raffinaderij. Tot Superpave was er geen praktische methode om het te doen. Nu meten we echt technische eigenschappen.

Onder Superpave testen de technici van Whiting de 40.000 vaten asfalt die elke dag door de fabriek worden geproduceerd, waarbij batches worden beoordeeld met labels zoals Performance Grade 58-28. Het label betekent dat het asfalt is beoordeeld om zijn taken uit te voeren van een zinderende 58 C tot -28 C. Swanson zegt dat Amoco nu een assortiment polymeren toevoegt om aan de hogere rangen te voldoen. Om het perfecte asfalt voor een bestrating te selecteren, zoeken ingenieurs de extreme temperaturen op hun bouwplaats op met behulp van gegevens van de National Weather Service.

Het kiezen van het ideale asfalt is slechts het halve spel. Ingenieurs moeten dan de juiste mix van steen of aggregaat erdoor roeren. Vóór Superpave hadden wegenbouwers intuïtief het gevoel dat ze een goed begrip hadden van de verhoudingen van grove en fijne steen voor een goede bestrating. Iedereen gebruikte wat ze beschouwden als beproefde en bewezen 'mixen,' zegt Kulash. Maar het waren niet dezelfde dingen. Er was geen evangelie.

Superpave combineert de beste bestaande knowhow in een nieuwe tekst voor het ontwerpen van volumetrische mixen. Lange tabellen definiëren de ideale combinatie van stenen, luchtbellen en asfalt, afhankelijk van de verwachte hoeveelheid verkeer. Om er zeker van te zijn dat de theorie in de praktijk standhoudt, gebruiken ingenieurs een andere SHRP-uitvinding - de Superpave tolverdichter - om onder hoge druk een container ter grootte van een verfblik te kneden. De resulterende exemplaren laten zien hoe het wegdek eruit zal zien na verdichting door rollen en de jaren van verkeer die volgen.

Als de blokken de prestatie-examens niet halen, passen ingenieurs het mixontwerp aan door de stenen te veranderen of een beter asfalt toe te voegen. In plaats van de one-size-fits-all ontwerpen uit het verleden, zegt Rodrigues, krijgt elke weg met Superpave een op maat gemaakte bestrating.

Testrit

Het zal nog jaren duren voordat we weten of Superpave zijn naam eer aandoet, maar er komen al bemoedigende berichten binnen. In New York hebben aannemers 50 kilometer Interstate 81 door Cortland County opnieuw bestraat met tweederde van het originele recept en een derde van Superpave. Volgens staatsdirecteur van technische dienst Paul Mack begon het ouderwetse asfalt al na één winter te verslechteren. De Superpave-sectie ziet er in vergelijking erg goed uit, zegt hij.

Superpave heeft zijn deel van technische storingen en echte weerstand gezien. Verschillende van de asfalttests zijn in de echte wereld gebombardeerd, en Amoco's Swanson zegt dat andere lastig te gebruiken blijken te zijn. Hoewel haar technici zorgvuldige metingen doen, onderhandelt ze regelmatig over de resultaten met de hotmix-planten. Deze bedrijven, die bouwploegen van onbewerkte bestrating voorzien, herhalen de prestatietests, vaak met verschillende resultaten.

Wegenwerkers hebben ook te maken met een leercurve. De nieuwe mengsels bevatten grotere stenen en blijken moeilijk te verdichten, zegt materiaalingenieur William Brudi uit de staat New York. Bij typische wegwerkzaamheden gooit een ploeg van een bestratingsmachine een strook gloeiend hete mix naar beneden en glijdende rollen met stalen wielen volgen ongeveer 60 meter achter hen en strijken het neer bij temperaturen rond de 93 C. Maar Brudi zegt dat het niet heet genoeg is voor Superpave. Nu, bij een project van $ 90 miljoen om een ​​HOV-baan van 9 km op de Long Island Expressway aan te leggen, volgen de rollen het spoor van de bestratingsploeg, waardoor het mengsel wordt verdicht tot een zinderende 150 C. Dat vereist veel meer coördinatie van de machines , zegt Brudi. De teams zijn niet gewend om te communiceren, nu moeten ze het goed doen.

Soms hebben degenen die zich verzetten tegen de nieuwerwetse technologie een punt. Bij een baan in 1993 in de buurt van Kingman, Ariz., hebben aannemers die de richtlijnen van Superpave volgden, de chemische antistripping weggelaten die gewoonlijk wordt gebruikt om de weg tegen vocht te beschermen. Tegenwoordig slingeren vochtscheuren over het wegdek. Volgens ons is het een slechte dienst aan de inwoners van Arizona om deze ontwerpprocedure blindelings te accepteren zonder onze technische kennis te gebruiken, zegt DOT-ingenieur Julie Nodes.

De reactie van mensen als Nodes is kritisch - het lot van Superpave wordt op een duim omhoog gebracht door dergelijke functionarissen, omdat staats-DOT's het grootste deel van de wegenbouw in het land financieren. Tot nu toe hebben de meesten de vrijwillige Superpave-specificaties gretig overgenomen, met Indiana, Maryland en New York voorop. In totaal vragen 38 staten nu aannemers om de nieuwe asfaltsoorten met prestatiegradatie te gebruiken, en bijna de helft implementeert het ontwerp van de aggregaatmix.

Bochten vooruit

Hoewel de staten de belangrijkste motor zijn voor bestrating, hangt het succes van Superpave ook af van de steun van de 40.000 lokale overheden die wegen bezitten en exploiteren, evenals van alle ontelbare aannemers, machinebouwers en steengroeven die hen bedienen. De taak van implementatie is nog lang niet voorbij, zegt Gary Henderson, leider van het Superpave-technologieleveringsteam van de Federal Highway Administration. Het is ook niet goedkoop: de apparatuur, training en vervolgstudies die nodig zijn om Superpave uit het laboratorium en in het veld te krijgen, hebben al $ 150 miljoen gekost, drie keer meer dan het oorspronkelijke onderzoek.

Afgezien van de kosten, kan het samenbrengen van academici, aannemers en leveranciers voor een gemeenschappelijk doel de meest essentiële innovatie van het nieuwe systeem zijn. Waar ooit wantrouwen heerste in de hectische industrie, zegt Kulash, is het kenmerk van Superpave dat het een constructieve omgeving heeft gecreëerd. En dat zou volgens hem de introductie van nieuwe technologie moeten versnellen.

In verschillende centra blijven ingenieurs manieren bedenken om wegenbouw nog minder een kunst te maken. Aan de Universiteit van Maryland maakt een team onder leiding van Matt Witczak bijvoorbeeld computermodellen die, wanneer ze worden gevoed met verkeersschattingen en de prestatie-eigenschappen van grondstoffen, nauwkeurig moeten voorspellen hoeveel jaar een wegdek meegaat voordat het spoorvorming of barsten vertoont door temperatuur en vermoeidheid.

De toekomst van dergelijke projecten werd echter in twijfel getrokken door de Transportation Equity Act for the 21st Century, die president Clinton op 9 juni ondertekende. ontdaan van fondsen voor federaal asfaltonderzoek en -implementatie, waarbij een groot deel van het geld naar de staten werd omgeleid.

Is de transportwet kryptonite voor Superpave? Onwaarschijnlijk. Hoewel Superpave niet zoveel mediaglitter heeft als een nieuwe medische remedie, en misschien niet zoveel miljonairs oplevert als een startup in Silicon Valley, heeft het de belangrijkste eigenschap van elke held die standhoudt: een hart voor de mensen. Het is een oplossing die geschikt is voor alle 50 staten die ervoor zorgen dat bestrating lang meegaat in Los Angeles of Omaha, in de hitte en in de regen, in goede of slechte tijden. En er is niets dat Amerikanen leuker vinden dan een lang, recht stuk asfalt zonder scheuren.

zich verstoppen