Där gummit möter vägen

Amerikaner är fantastiska förare. varje år snurrar landets hjul över 1,5 biljoner kilometer av vägar. Det är cirka 5 000 km för varje man, kvinna och barn i USA. Men trots den nationella aptiten för blacktop, får trottoaren sällan en andra tanke. Förutom när det är dags att svänga runt en gropa eller stöta över en spårfylld korsning. Då är chansen stor att den arga föraren indignerat kommer att kräva: Varför fixar de inte dessa jäkla vägar?

Slappna av, de är.

Den här historien var en del av vårt novembernummer 1998

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Över hela landet, på tysta landsbygdsgator och överbelastade vägbanor, rullar motorvägsingenjörer ut en kraftfull ny princip för vägbyggen som kallas Superpave.

Superpave är ett nytt sätt att designa varmmixad asfalt, den sliskiga-när-het-blandning av tjärfärgad cement och krossad sten som utgör 94 procent av amerikanska trottoarer. Det är en enastående teknik, säger Neil Hawks, chef för specialprogram vid Transportation Research Board (TRB) i Washington D.C. Det är också en stor förändring för den till stor del empiriska konsten att bygga vägar. Superpave ersätter receptkonstruktion, baserat på tidigare erfarenheter, med beläggningsdesigner som bygger på en mer analytisk bedömning av vägmaterials tekniska egenskaper. Superpaves mål: att klä landets artärer i långvariga, skräddarsydda trottoarer.

Det nya systemet utvecklades i universitets- och industrilabb under en intensiv, unik forskningsinsats som finansierades av kongressen 1987. Som vilken laboratorieteknik som helst som är avsedd för användning i den verkliga världen har Superpave tagit sina klumpar på vägen. Det har varit tvunget att ta sig an kraftfulla industrier och det har inneburit en brant inlärningskurva för de lokala transportavdelningarna och entreprenörerna som faktiskt betalar för och bygger nya vägar. 1996 använde de systemet vid endast 95 beläggningsjobb. Men i år har Superpave tagit flyget, med antalet hoppat till 1 339 i hela landet, vilket motsvarar nästan 30 procent av den trottoar som lagts i USA.

Superasfalterade vägar ser inte annorlunda ut än sina empiriska motsvarigheter. Men forskare förutspår att de kommer att hålla mycket längre, kanske 15 år istället för 10, innan de behöver ett större underhållsarbete. Det borde spara motorvägsavdelningar mer än en halv miljard dollar per år, enligt en uppskattning från Texas Transportation Institute. Mer till punkten för amerikanska resenärer, studien ansåg att Superpave kommer att spara ytterligare 2 miljarder dollar genom att spara tid - färre bilreparationer och färre minuter som fastnat bakom underhållspersonal.

Superpaves ursprung ligger i en tid då disco var kung, landets mest sålda bil var en Oldsmobile och nya vägprojekt plötsligt, och mystiskt nog, började misslyckas. Det hade alltid funnits fall där saker gick fel och folk inte kunde förklara det, säger Damian Kulash, president för Washington, D.C.s Eno Transportation Foundation. Men folk började känna att det blev mycket vanligare. Vägarna utvecklade ålderstecken långt före sin tid: trågliknande hjulspår från trafiken under varma dagar och sprickor från kallt väder.

Det fanns inga tydliga orsaker. Entreprenörer använde vägbyggnadsrecept som hade förändrats lite sedan 1872, när New York Citys Fifth Avenue välkomnade landets första asfaltbeläggningar. Visserligen hade trafikbelastningen ökat stadigt. Och tyngre lastbilar med styvare däck misstänktes för att ha begått vidriga handlingar av slitage. Andra pekade fingrar på själva asfalten, en klibbig rest av oljeraffinering. OPEC:s oljeembargot hade blandat om försörjningsledningarna och materialets karaktär hade förändrats.

Även om asfalt hade använts i tusentals år (de forntida egyptierna använde det för mumifiering) och grus ännu längre, var trottoarens mekaniska egenskaper i stort sett outforskade. Så när vägarna började misslyckas visste motorvägsingenjörer inte vad de skulle ändra. Det var inte heller troligt att enkla svar skulle komma från forskningspipelinen, som länge varit torr. Siffrorna i en dyster rapport från TRB från 1984 sa allt. Halvledarindustrin spenderade 8 procent av försäljningen på FoU; läkemedelsindustrin 6 procent; även eftersläntrare inom forskning och utveckling som livsmedels- och dryckesindustrin rankades bara med 1 procent. Motorvägsindustrin hade spenderat mindre än 0,2 procent.

Spöket av infrastrukturförfall och det bistra finansieringsscenariot sporrade kongressen till handling. 1987 startade det Strategic Highway Research Program (SHRP), ett anbud på 150 miljoner dollar för att hitta lösningar på motorvägsingenjörers tuffaste problem. Hela 50 miljoner dollar gick till att lösa trottoarproblemet.

Pavement's Moonshot

Ändå var innovation ett koncept så främmande för asfalt att Kulash, som blev SHRP:s verkställande direktör, misströstade på att hitta duktiga forskare. Det var väldigt lite som hände, säger han. Vi var oroliga att det inte skulle finnas tillräckligt med teknisk kapacitet. Men detta skulle bli trottoarens månskott. Så, under ledning av Tom Kennedy vid University of Texas, Austin, samlades ingenjörer från akademin och industrin för ett sexårigt arbete för att hitta bättre sätt att bygga trottoar.

Resultatet av all forskning är Superpave, som står för överlägsna presterande asfaltbeläggningar. Superpave är inte ett enda supermaterial eller en nyckelinsikt. Istället är det en ny uppsättning testutrustning och protokoll för att blanda ihop vägar som garanterat håller vädret och trafiken på en specifik plats.

Ta asfalt, även känd som het olja av raffinaderiarbetarna som producerar den som en biprodukt av den katalytiska krackningen som frigör bensin och uppvärmningsbränsle från råolja. Innan Superpave använde entreprenörer från norra Maine till Virginia-linjen samma asfalt. Det beror på att de bara testade dess viskositet för att se hur väl det skulle motverka spårbildning på sommaren.

Men i nordost öppnar trottoaren sprickor av kyla oftare än det får spår av värmen. Med Superpave, förklarar Connecticut Department of Transportation (DOT) materialingenjör Nelio Rodrigues, måste asfalt nu hoppa genom en båge genom att klara prestandatester vid både höga och låga temperaturer. Ett test utsätter glasartad rumstemperaturasfalt i en maskin som kallas den dynamiska skjuvningsreometern. Anpassad av SHRP-forskarna från en modell som mäter konsistensen av färskost, applicerar enheten en vridkraft för att mäta asfaltens förmåga att motstå deformation. Ett annat test frågar kylda asfaltstavar som läggs över små andjärn för att stödja en vikt. Om de spricker är asfalten inte rätt för kalla områden.

Att titta på låga temperaturer är ett stort steg framåt, säger April Swanson, en forskningskemist vid Amoco's Whiting, Ind. raffinaderi. Fram till Superpave fanns det ingen praktisk metod för att göra det. Nu mäter vi verkligen tekniska egenskaper.

Under Superpave testar Whitings tekniker de 40 000 fat asfalt som produceras av anläggningen varje dag, och klassar partier med etiketter som Performance Grade 58-28. Etiketten betyder att asfalten är klassad för att utföra sina uppgifter från fräsande 58 C ner till -28 C. Swanson säger att Amoco nu lägger till ett sortiment av polymerer för att möta de högre kvaliteterna. För att välja den perfekta asfalten för ett beläggningsarbete, letar ingenjörer upp temperaturextrema på deras byggarbetsplats med hjälp av National Weather Service-data.

Att välja den perfekta asfalten är bara halva spelet. Ingenjörer måste sedan röra i rätt blandning av sten eller ballast. Innan Superpave kände vägbyggare intuitivt att de hade ett gediget grepp om vilka proportioner av grov och fin sten som gjorde en bra beläggning. Alla använde vad de ansåg vara beprövade blandningar, säger Kulash. Men de var inte samma saker. Det fanns inget evangelium.

Superpave kombinerar det bästa befintliga kunnandet till en ny skrift för volymetrisk mixdesign. Långa bord definierar den idealiska kombinationen av stenar, luftfickor och asfalt, beroende på mängden trafik som förväntas. För att vara säker på att teorin håller i praktiken använder ingenjörer en annan SHRP-uppfinning - Superpave gyratory komprimator - för att knåda en behållare i en färgburk med beläggning under högt tryck. De resulterande exemplaren visar hur vägytan kommer att se ut efter att ha packats av rullar och de år av trafik som följer.

Om blocken misslyckas i prestandaprov, finjusterar ingenjörer mixdesignen genom att byta stenar eller lägga till en bättre asfalt. Istället för förr i tidens en-storlek-passar-alla-designer, säger Rodrigues, med Superpave bär varje väg en skräddarsydd trottoar.

Provköra

Det kommer att dröja år innan vi vet om Superpave lever upp till sitt namn, men uppmuntrande rapporter rullar redan in. I New York renoverade entreprenörer 50 kilometer Interstate 81 tvärs över Cortland County med två tredjedelar av originalreceptet och en tredjedel Superpave. Efter bara en vinter började den gammalmodiga asfalten enligt statens tekniska tjänstechef Paul Mack att försämras. Superpave-delen ser väldigt bra ut i jämförelse, säger han.

Superpave har sett sin andel av tekniska misslyckanden och motstånd i verkligheten. Flera av asfalttesterna bombades i den verkliga världen, och Amocos Swanson säger att andra visar sig vara svåra att använda. Även om hennes tekniker gör noggranna mätningar, prutar hon regelbundet om resultatet med de varma blandningarna. Dessa företag, som förser byggpersonal med obearbetad beläggning, upprepar prestandatesterna, ofta med olika resultat.

Vägpersonal möter också en inlärningskurva. De nya blandningarna har större stenar och visar sig vara svåra att kompaktera, säger New York State materialingenjör William Brudi. I typiska vägarbeten, kastar en besättningsmaskinbesättning ner en sträng av rörvarm blandning och glidande stålhjulsrullar följer cirka 60 meter bakom och stryker ner den vid temperaturer nära 93 C. Men Brudi säger att det inte är tillräckligt varmt för Superpave. Nu, i ett projekt på 90 miljoner dollar för att bygga en 9 km lång HOV-bana på Long Island Expressway, följer rullarna varma efter asfaltbesättningens svans och komprimerar blandningen vid blåsiga 150 C. Det kräver mycket mer koordination av maskinerna , säger Brudi. Lagen är inte vana vid att kommunicera, nu måste de göra det rätt.

Ibland har de som motsätter sig den nymodiga tekniken en poäng. På ett jobb 1993 nära Kingman, Arizona, utelämnade entreprenörer som följde Superpave-riktlinjerna den antistripp-kemikalie som konventionellt används för att skydda vägen från fukt. Idag ormar fukten sig över vägytan. Vår känsla är att för oss att blint acceptera denna designprocedur utan att använda vår ingenjörskunskap är en otjänst för medborgarna i Arizona, säger statliga DOT-ingenjör Julie Nodes.

Reaktionen från folk som Nodes är kritisk - Superpaves öde åker på tummen upp från sådana tjänstemän eftersom statliga DOTs finansierar majoriteten av landets vägbyggen. Hittills har de flesta tagit upp de frivilliga Superpave-specifikationerna ivrigt, med Indiana, Maryland och New York som leder vägen. Sammantaget ber 38 stater nu entreprenörer att använda den nya prestandaklassade asfalten, och nästan hälften implementerar aggregatmixdesignen.

Kurvor framåt

Även om staterna är trottoarens drivkrafter, beror Superpaves framgång också på inköp från de 40 000 lokala myndigheterna som äger och driver vägar, såväl som alla de otaliga entreprenörer, utrustningstillverkare och stenbrott som betjänar dem. Jobbet med implementeringen är inte nästan över, säger Gary Henderson, ledare för Federal Highway Administrations Superpave-teknologileveransteam. Det är inte heller billigt: ​​utrustningen, utbildningen och uppföljningsstudierna som behövs för att få Superpave ut från laboratoriet och in på fältet har redan kostat 150 miljoner dollar-tre gånger mer än den ursprungliga forskningen.

Bortsett från kostnader kan det vara det nya systemets viktigaste innovation att föra samman akademiker, entreprenörer och leverantörer i ett gemensamt syfte. Medan misstro en gång rådde i den bräckliga industrin, säger Kulash, är kännetecknet för Superpave att det har skapat en konstruktiv miljö. Och det, menar han, borde påskynda introduktionen av ny teknik.

Vid flera centra fortsätter ingenjörer att planera sätt att göra vägbyggen ännu mindre av en konst. Till exempel, vid University of Maryland, skapar ett team under ledning av Matt Witczak datormodeller som, när de matas med trafikuppskattningar och råmaterials prestandaegenskaper, noggrant bör förutsäga hur många år en beläggning kommer att hålla innan den får spår eller spricker på grund av temperatur och Trötthet.

Framtiden för sådana projekt ifrågasattes emellertid av Transportation Equity Act for the 21st Century, som president Clinton undertecknade i lag den 9 juni. Den sexåriga utgiftsplanen för 217 miljarder dollar ökade utgifterna för motorvägsbyggande med nästan 40 procent, men rensade medel för federal asfaltforskning och implementering och omdirigerade mycket av pengarna till staterna.

Är transportlagen kryptonit för Superpave? Inte troligt. Även om Superpave inte har så mycket medieglans som ett nytt medicinskt botemedel och kanske inte producerar lika många miljonärer som en Silicon Valley-startup, har den nyckelattributet för varje hjälte som består - ett hjärta för folket. Det är en lösning som passar alla 50 stater som gör att trottoaren håller i Los Angeles eller Omaha, i värmen och i blöta, goda eller dåliga tider. Och det finns inget som amerikaner gillar bättre än en lång, rak sträcka av blacktop-utan sprickor.

Dölj