Hvor gummiet møder vejen

Amerikanere er fantastiske bilister. hvert år snurrer landets hjul henover 1,5 billioner kilometer vejbaner. Det er omkring 5.000 km for hver mand, kvinde og barn i USA. Men på trods af den nationale appetit på blacktop, får fortovet sjældent en anden tanke. Undtagen når det er tid til at svinge rundt om et hul eller støde hen over et spor fyldt vejkryds. Så er der en chance for, at den vrede chauffør indigneret vil kræve: Hvorfor ordner de ikke disse forbandede veje?

Slap af, det er de.

Denne historie var en del af vores november 1998-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Over hele landet, på rolige landlige baner og overbelastede landeveje, udruller motorvejsingeniører et kraftfuldt nyt princip for vejbygning kendt som Superpave.

Superpave er en ny måde at designe varmblandet asfalt på, den klæbrige-når-varm-blanding af tjærefarvet cement og knust sten, der udgør 94 procent af de amerikanske fortove. Det er en enestående teknologi, siger Neil Hawks, direktør for særlige programmer ved Transportation Research Board (TRB) i Washington D.C. Det er også en stor forandring for den overvejende empiriske vejbygningskunst. Superpave erstatter receptkonstruktion baseret på tidligere erfaringer med belægningsdesign med rod i en mere analytisk vurdering af vejmaterialers tekniske egenskaber. Superpaves mål: at klæde nationens arterier i langtidsholdbare, skræddersyede fortove.

Det nye system blev udviklet i universitets- og industrilaboratorier under et intenst, unikt forskningsfremstød finansieret af Kongressen i 1987. Som enhver laboratorieteknik, der er bestemt til brug i den virkelige verden, har Superpave taget sine klumper med på vejen. Det har været nødt til at tage magtfulde industrier, og det har betydet en stejl indlæringskurve for de lokale transportafdelinger og entreprenører, der rent faktisk betaler for og bygger nye veje. I 1996 brugte de systemet til kun 95 brolægningsopgaver. Men i år har Superpave taget flugten, og antallet er steget til 1.339 på landsplan, hvilket tegner sig for næsten 30 procent af fortovet, der er lagt i USA.

Superasfalterede veje ser ikke anderledes ud end deres empiriske modstykker. Men forskere forudser, at de vil vare meget længere, måske 15 år i stedet for 10, før de har brug for et større vedligeholdelsesjob. Det burde spare motorvejsafdelinger for mere end en halv milliard dollars om året, ifølge et skøn fra Texas Transportation Institute. Mere til pointen for amerikanske rejsende regnede undersøgelsen med, at Superpave vil spare yderligere 2 milliarder dollars ved at spare tid - færre bilreparationer og færre minutter, der sidder fast bag vedligeholdelsespersonalet.

Superpaves oprindelse ligger i en tid, hvor diskoteket var konge, landets bedst sælgende bil var en Oldsmobile, og nye vejprojekter pludselig og på mystisk vis begyndte at mislykkes. Der havde altid været tilfælde, hvor tingene gik galt, og folk ikke kunne forklare det, siger Damian Kulash, præsident for Washington, D.C.s Eno Transportation Foundation. Men folk begyndte at føle, at det blev meget mere almindeligt. Vejene udviklede alderdomstegn længe før deres tid: truglignende hjulspor fra trafikken på varme dage og revner fra koldt vejr.

Der var ingen klare årsager. Entreprenører brugte vejbygningsopskrifter, der havde ændret sig lidt siden 1872, da New York Citys Fifth Avenue bød velkommen til landets første asfaltbelægninger. Det er rigtigt, at trafikbelastningen voksede støt. Og tungere lastbiler med stivere dæk blev mistænkt for at begå uhyggelige handlinger med slid og ælde. Andre pegede fingre mod selve asfalten, en klæbrig rest af olieraffinering. OPEC's olieembargo havde ændret forsyningslinjerne, og materialets art havde ændret sig.

Selvom asfalt havde været i brug i tusinder af år (de gamle egyptere brugte det til mumificering) og grus endnu længere, var fortovets mekaniske egenskaber stort set uudforskede. Så da vejene begyndte at svigte, vidste motorvejsingeniører ikke, hvad de skulle ændre. Det var heller ikke sandsynligt, at der ville komme lette svar fra forskningspipelinen, som længe havde været tør. Tallene i en dyster rapport fra 1984 fra TRB sagde det hele. Halvlederindustrien brugte 8 procent af salget på R&D; medicinalindustrien 6 procent; selv R&D-efternøler som f.eks. fødevare- og drikkevareindustrien rangerede kun 1 procent. Motorvejsindustrien havde brugt mindre end 0,2 procent.

Spøgelsen af ​​infrastrukturforfald og det dystre finansieringsscenarie ansporede Kongressen til handling. I 1987 startede det Strategic Highway Research Program (SHRP), et bud på 150 millioner dollars for at finde løsninger på motorvejsingeniørers hårdeste problemer. Fuldt 50 millioner dollars gik til at løse fortovsproblemet.

Pavement's Moonshot

Alligevel var innovation et koncept så fremmed for asfalt, at Kulash, der blev SHRPs administrerende direktør, fortvivlede over at finde dygtige forskere. Der skete meget lidt, siger han. Vi var bekymrede for, at der ikke ville være tilstrækkelig teknisk kapacitet. Men dette skulle være fortovets måneskud. Så under ledelse af Tom Kennedy ved University of Texas, Austin, samlede ingeniører fra den akademiske verden og industrien sig sammen i en seks-årig indsats for at finde bedre måder at bygge fortovet på.

Resultatet af al forskning er Superpave, som står for superior ydende asfaltbelægninger. Superpave er ikke et enkelt supermateriale eller en nøgleindsigt. I stedet er det et nyt sæt testudstyr og protokoller til at blande veje, der garanteret holder vejret og trafikken på et bestemt sted.

Tag asfalt, også kendt som varm olie af raffinaderiarbejderne, der producerer det som et biprodukt af den katalytiske krakning, der frigør benzin og opvarmningsbrændstof fra råolie. Før Superpave brugte entreprenører fra det nordlige Maine til Virginia-linjen alle den samme kvalitet af asfalt. Det er fordi de kun testede dens viskositet for at se, hvor godt det ville afværge spordannelse om sommeren.

Men i nordøst åbner fortovet sig oftere af kulde, end det får hjulspor af varmen. Med Superpave, forklarer Connecticut Department of Transportation (DOT) materialeingeniør Nelio Rodrigues, skal asfalt nu springe gennem en bøjle ved at bestå ydeevnetest ved både høje og lave temperaturer. En test udsætter glasagtig stuetemperatur asfalt til en maskine kendt som det dynamiske forskydningsreometer. Tilpasset af SHRP-forskerne fra en model, der måler konsistensen af ​​flødeost, anvender enheden en vridningskraft for at måle asfaltens evne til at modstå deformation. En anden test spørger afkølede asfaltstænger, der er lagt på tværs af små andirons, for at understøtte en vægt. Hvis de revner, er asfalten ikke rigtig til kolde områder.

At se på lave temperaturer er et stort skridt fremad, siger April Swanson, en forskningskemiker ved Amoco's Whiting, Ind. raffinaderi. Indtil Superpave var der ingen praktisk metode til at gøre det. Nu måler vi virkelig ingeniøregenskaber.

Under Superpave tester Whiting-teknikere de 40.000 tønder asfalt, der produceres af fabrikken hver dag, og sorterer partier med etiketter som Performance Grade 58-28. Mærket betyder, at asfalten er vurderet til at udføre sine opgaver fra sydende 58 C ned til -28 C. Swanson siger, at Amoco nu tilføjer et udvalg af polymerer for at opfylde de højere kvaliteter. For at vælge den perfekte asfalt til et brolægningsjob, slår ingeniører op på ekstreme temperaturer på deres byggeplads ved hjælp af National Weather Service-data.

At vælge den ideelle asfalt er kun halvdelen af ​​spillet. Ingeniører skal derefter røre i den rigtige blanding af sten eller tilslag. Før Superpave følte vejbyggere intuitivt, at de havde et solidt greb om, hvilke proportioner af grove og fine sten, der gav en god belægning. Alle brugte, hvad de anså for at være gennemprøvede blandinger, siger Kulash. Men det var ikke de samme ting. Der var intet evangelium.

Superpave kombinerer den bedste eksisterende knowhow i et nyt skriftsted til volumetrisk mix-design. Lange borde definerer den ideelle kombination af sten, luftlommer og asfalt, afhængigt af den forventede trafikmængde. For at sikre, at teorien holder i praksis, bruger ingeniører en anden SHRP-opfindelse - Superpave gyratory komprimator - til at ælte en beholder på størrelse med en malingsdåse med fortov under højt tryk. De resulterende eksemplarer viser, hvordan vejoverfladen vil se ud efter at være blevet komprimeret af ruller og de efterfølgende år med trafik.

Hvis blokkene fejler præstationseksamener, justerer ingeniører blandingsdesignet ved at ændre stenene eller tilføje en bedre asfalt. I stedet for fortidens one-size-fits-all-designs, siger Rodrigues, med Superpave bærer hver vej et specialfremstillet fortov.

Prøvetur

Det vil vare årevis, før vi ved, om Superpave lever op til sit navn, men opmuntrende rapporter vælter allerede ind. I New York renoverede entreprenører 50 kilometer Interstate 81 på tværs af Cortland County med to tredjedele af den originale opskrift og en tredjedel Superpave. Efter blot en vinter begyndte den gammeldags asfalt ifølge statsdirektør for tekniske tjenester Paul Mack at blive forringet. Superpave-afsnittet ser meget godt ud i sammenligning, siger han.

Superpave har set sin andel af tekniske fejl og modstand fra den virkelige verden. Flere af asfalttestene blev bombet i den virkelige verden, og Amocos Swanson siger, at andre viser sig vanskelige at bruge. Selvom hendes teknikere foretager omhyggelige målinger, prutter hun jævnligt om resultaterne med de varme blandingsanlæg. Disse firmaer, som forsyner byggepersonale med rå belægning, gentager ydeevnetestene, ofte med forskellige resultater.

Vejpersonale står også over for en indlæringskurve. De nye blandinger har større sten og viser sig at være svære at komprimere, siger New York State materialeingeniør William Brudi. I typisk vejarbejde kaster en brolægningsmaskinebesætning et skår af rørvarm blanding ned, og glidende stålhjulsruller følger omkring 60 meter bagud og stryger det ned ved temperaturer nær 93 C. Men Brudi siger, at det ikke er varmt nok til Superpave. Nu, på et 90 millioner dollars projekt for at konstruere en 9-km HOV-bane på Long Island Expressway, følger rullerne varme på halen af ​​brolægningspersonalet og komprimerer blandingen ved en blærende 150 C. Det kræver meget mere koordinering af maskinerne , siger Brudi. Holdene er ikke vant til at kommunikere, nu skal de for at få det rigtigt.

Nogle gange har de, der modsætter sig den nymodens teknologi, en pointe. Ved et job i 1993 nær Kingman, Arizona, udelod entreprenører, der fulgte Superpave-retningslinjerne, det antistrippingskemikalie, der konventionelt bruges til at beskytte vejen mod fugt. I dag slanger fugt revner over vejens overflade. Vores fornemmelse er, at for os blindt at acceptere denne designprocedure uden at bruge vores ingeniørviden er en bjørnetjeneste for borgerne i Arizona, siger statens DOT-ingeniør Julie Nodes.

Reaktionen fra folk som Nodes er kritisk - Superpaves skæbne kører på en tommelfinger op fra sådanne embedsmænd, fordi statslige DOT'er finansierer størstedelen af ​​landets vejbyggeri. Indtil videre har de fleste taget de frivillige Superpave-specifikationer ivrigt til sig, med Indiana, Maryland og New York førende. Samlet set beder 38 stater nu entreprenører om at bruge de nye præstationsklassificerede asfalter, og næsten halvdelen implementerer aggregatblandingsdesignet.

Kurver fremad

Mens staterne er fortovets primus motor, afhænger Superpaves succes også af buy-in fra de 40.000 lokale regeringer, der ejer og driver veje, såvel som alle de utallige entreprenører, udstyrsproducenter og stenbrud, der betjener dem. Jobbet med implementering er ikke næsten slut, siger Gary Henderson, leder af Federal Highway Administrations Superpave-teknologileveringsteam. Det er heller ikke billigt: ​​Udstyret, træningen og opfølgende undersøgelser, der er nødvendige for at bringe Superpave ud af laboratoriet og ind i marken, har allerede kostet 150 millioner dollars-tre gange mere end den oprindelige forskning.

Bortset fra udgifter kan det være det nye systems mest vitale innovation at bringe akademikere, entreprenører og leverandører sammen i et fælles formål. Mens der engang herskede mistillid i den voldsomme industri, siger Kulash, er kendetegnet ved Superpave, at det har skabt et konstruktivt miljø. Og det, mener han, burde fremskynde introduktionen af ​​ny teknologi.

På flere centre fortsætter ingeniører med at planlægge måder at gøre vejbygning endnu mindre af en kunst. For eksempel på University of Maryland er et team ledet af Matt Witczak ved at skabe computermodeller, der, når de fodres med trafikestimater og råmaterialers ydeevneegenskaber, præcist bør forudsige, hvor mange år en fortov vil vare, før den får spor eller revner på grund af temperatur og træthed.

Fremtiden for sådanne projekter blev imidlertid sat i tvivl af Transportation Equity Act for the 21st Century, som præsident Clinton underskrev i lov den 9. juni. Den seksårige udgiftsplan på 217 milliarder dollar øgede udgifterne til motorvejsbyggeri med næsten 40 procent, men rensede midler til føderal asfaltforskning og -implementering og omdirigerer en stor del af pengene til staterne.

Er transporthandlingen kryptonit til Superpave? Ikke sandsynligt. Selvom Superpave ikke har så meget medieglimt som en ny medicinsk kur og måske ikke producerer så mange millionærer som en Silicon Valley-startup, har den nøgleegenskaben for enhver helt, der holder ud - et hjerte for folket. Det er en løsning, der passer til alle 50 stater, der får fortovet til at holde i Los Angeles eller Omaha, i varmen og i de våde, gode eller dårlige tider. Og der er intet, som amerikanerne bedre kan lide end en lang, lige strækning af blacktop-uden revner.

skjule