Roads and Bridges - Drogi i Mosty
22, 4, 2023, 549-558

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

Karolina Pełczyńska Mail
https://orcid.org/0000-0003-0126-7391
TPA Sp. z o.o., 8 Parzniewska St., 05-800 Pruszków
Agata Grajewska Mail
TPA Sp. z o.o., 8 Parzniewska St., 05-800 Pruszków
Sebastian Kopytko Mail
https://orcid.org/0009-0002-0387-8727
TPA Sp. z o.o., 8 Parzniewska St., 05-800 Pruszków
Published: 2023-12-30

Abstract

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.

Keywords


perpetual pavement, crumb rubber-modified bitumen, FWD

Full Text:

PDF

References


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

Buncher M.M., Newcomb D.E., Huddleston I.J.: Perpetual pavements. Asphalt: The Magazine of the National Asphalt Institute, 15, 3, 2000, 20–22

Newcomb D.E, Willis R., Timm D.H: Perpetual Asphalt Pavements – A Synthesis. Asphalt Pavement Alliance, IM-40, 2004, 1–45

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

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

Maher M.L.J.: From Theory to Practice: Rich Bottom Layer Design

Walubita L.F., Scullion T.: Texas Perpetual Pavements – New Design Guidelines. Texas Transporta-tion Institute (December 2009), 2010

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

Button J.W.: Perpetual Bituminous Pavements. Transportation Research Circular, Number 503, 2001

Grajewska A., Matraszek K., Ruttmar I.: Koncepcje zastosowania nowoczesnych lepiszczy w długowiecznych nawierzchniach asfaltowych. XXVIII Seminarium Techniczna PSWNA, Falenty, 25–27 marca 2013

Sybilski D.: TN-249: Nawierzchnie asfaltowe długowieczne i tanie w utrzymaniu. Zadanie 1 – Analiza doświadczeń nawierzchni długowiecznych w świecie. Warszawa, 2009

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

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

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

Ruttmar I., Mularzuk R., Radziszewski P., Piłat J., Sarnowski M.: Odcinek doświadczalny wykonany z mieszanek mineralno-gumowo-asfaltowych. Nawierzchnie Asfaltowe, 3, 2013

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

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

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

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

Radziszewski P.: Modelowanie trwałości zmęczeniowej modyfikowanych kompozytów mineralno-asfaltowych. Rozprawy Naukowe nr 45, Wydawnictwa Politechniki Białostockiej, Białystok 1997

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

Zborowski A., Klimaszewski P., Zawadzka A.: Asfalt modyfikowany gumą szansą na trwalsze drogi samorządowe. Drogi Gminne i Powiatowe, 6(29), 2016

Uzan J.: JULEA (Jacob Uzan Layered Elastic Analysis) code developed at Technion University, Haifa, Israel, 1976

Uzan J.: The Influence of the Interface Condition on Stress Distribution in a Layered System. Trans-portation Research Record, 616, 1976, 71–73

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

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

Corté J.F.: French Design Manual for Pavement Structures. Guide technique. LCPC, SETRA, 1997

Corte J.F., Goux M.T.: Conception et dimensionnement des structures de chaussee. Guide tech-nique. LCPC, SETRA, 1994

Jaczewski M., Judycki J.: Adaptacja francuskich kryteriów zmęczeniowych do projektowania na-wierzchni podatnych w warunkach polskich. Drogownictwo, 5, 2012, 164–170

Sybilski D.: Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide. Podręcznik Mechanistyczno-Empirycznego Projektowania Nawierzchni Drogowych w warunkach polskich. Warszawa, 2013

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

Sybilski D., Bańkowski W., Maliszewski M., Maliszewska D., Zofka A.: Katalog Przebudów i Remontów Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych. Warszawa, IBDiM, 2014

Radzikowski M.: Diagnostyka stanu nawierzchni i wybranych elementów korpusu drogi. Warszawa, GDDKiA, 2019


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

  
Pełczyńska, Karolina; Grajewska, Agata; Kopytko, Sebastian. Perpetual pavement utilizing crumb rubber modified bitumen: A case study of the trial section on the S-19 expressway. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, [S.l.], v. 22, n. 4, p. 549-558, dec. 2023. ISSN 2449-769X. Available at: <>. Date accessed: 17 Apr. 2024. doi:http://dx.doi.org/10.7409/RABDIM.023.035.