Wo der Gummi auf die Straße trifft

Amerikaner sind erstaunliche Autofahrer. Jedes Jahr drehen sich die Räder des Landes über 1,5 Billionen Kilometer Straßen. Das sind etwa 5.000 km für jeden Mann, jede Frau und jedes Kind in den Vereinigten Staaten. Aber trotz des nationalen Appetits auf Asphalt wird der Bürgersteig selten überlegt. Es sei denn, es ist Zeit, um ein Schlagloch auszuweichen oder über eine Kreuzung voller Furchen zu stoßen. Dann wird der wütende Fahrer wahrscheinlich entrüstet fragen: Warum reparieren sie diese verdammten Straßen nicht?

Entspann dich, sie sind.

Die nicht gewählte Regierung des Internets

Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom November 1998



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Im ganzen Land, auf ruhigen Landstraßen und verstopften Schlagbäumen, führen Autobahningenieure ein leistungsstarkes neues Prinzip für den Straßenbau ein, das als Superpave bekannt ist.

Superpave ist eine neuartige Methode zur Gestaltung von Heißmischasphalt, der klebrigen Mischung aus teerfarbenem Zement und Schotter, die 94 Prozent der US-Beläge ausmacht. Es ist eine herausragende Technologie, sagt Neil Hawks, Direktor für Sonderprogramme beim Transportation Research Board (TRB) in Washington D.C. Es ist auch eine große Veränderung für die weitgehend empirische Kunst des Straßenbaus. Superpave ersetzt die Rezepturkonstruktion, die auf Erfahrungen aus der Vergangenheit basiert, durch Fahrbahnkonstruktionen, die auf einer analytischeren Bewertung der technischen Eigenschaften von Straßenmaterialien basieren. Das Ziel von Superpave: die Arterien der Nation mit langlebigen, maßgeschneiderten Bürgersteigen zu kleiden.

Das neue System wurde in Universitäts- und Industrielabors während einer intensiven, einzigartigen Forschungsarbeit entwickelt, die 1987 vom Kongress finanziert wurde. Wie jede Labortechnik, die für den Einsatz in der realen Welt bestimmt ist, hat Superpave seine Klumpen auf den Weg gebracht. Es musste es mit mächtigen Industrien aufnehmen und bedeutete eine steile Lernkurve für die lokalen Transportabteilungen und Auftragnehmer, die tatsächlich für neue Straßen bezahlen und sie bauen. 1996 setzten sie das System bei nur 95 Einbauarbeiten ein. Aber in diesem Jahr hat Superpave die Flucht ergriffen, wobei die Zahl landesweit auf 1.339 gestiegen ist, was fast 30 Prozent der in den Vereinigten Staaten verlegten Fahrbahn ausmacht.

Superbefestigte Straßen unterscheiden sich nicht von ihren empirischen Pendants. Forscher sagen jedoch voraus, dass sie viel länger dauern werden, vielleicht 15 statt 10 Jahre, bevor sie einen größeren Wartungsauftrag benötigen. Das soll Autobahnbehörden nach einer Schätzung des Texas Transportation Institute jährlich mehr als eine halbe Milliarde Dollar einsparen. Noch wichtiger für amerikanische Reisende: Die Studie ergab, dass Superpave weitere 2 Milliarden US-Dollar einsparen wird, indem es Zeit für Autoreparaturen spart und weniger Minuten hinter Wartungsteams steckt.

Die Ursprünge von Superpave liegen in einer Zeit, als die Disco König war, das meistverkaufte Auto der Nation ein Oldsmobile war und neue Straßenprojekte plötzlich und auf mysteriöse Weise scheiterten. Es habe immer Fälle gegeben, in denen etwas schief gelaufen sei und die Leute es nicht erklären könnten, sagt Damian Kulash, Präsident der Eno Transportation Foundation von Washington, D.C. Aber die Leute begannen zu fühlen, dass es viel häufiger wurde. Die Straßen zeigten schon vor ihrer Zeit Altersspuren: trogartige Fahrspuren an heißen Tagen und Risse durch Kälte.

Es gab keine eindeutigen Ursachen. Bauunternehmer verwendeten Straßenbaurezepte, die sich seit 1872, als die Fifth Avenue in New York City die ersten Asphaltstraßen des Landes begrüßte, kaum geändert hatten. Es stimmte, die Verkehrsbelastung war stetig angestiegen. Und schwerere Lastwagen mit steiferen Reifen standen im Verdacht, heimtückische Abnutzungshandlungen zu begehen. Andere zeigten mit dem Finger auf den Asphalt selbst, einen klebrigen Rückstand der Ölraffination. Das Ölembargo der OPEC hatte die Versorgungsleitungen umstrukturiert, und die Art des Materials hatte sich geändert.

Obwohl Asphalt schon seit Tausenden von Jahren in Gebrauch war (die alten Ägypter nutzten ihn zur Mumifizierung) und Schotter noch länger, waren die mechanischen Eigenschaften des Straßenbelags noch weitgehend unerforscht. Als die Straßen zu versagen begannen, wussten die Autobahningenieure nicht, was sie ändern sollten. Auch aus der lange vertrockneten Forschungspipeline dürften sich keine einfachen Antworten ergeben. Die Zahlen in einem düsteren Bericht des TRB von 1984 sagten alles. Die Halbleiterindustrie gab 8 Prozent des Umsatzes für Forschung und Entwicklung aus; die pharmazeutische Industrie 6 Prozent; selbst F&E-Nachzügler wie die Lebensmittel- und Getränkeindustrie rangieren nur knapp unter 1 Prozent. Die Autobahnindustrie hatte weniger als 0,2 Prozent ausgegeben.

Leute mit komischen Gesichtern

Das Gespenst des Verfalls der Infrastruktur und das düstere Finanzierungsszenario spornten den Kongress zum Handeln an. 1987 startete es das Strategic Highway Research Program (SHRP), ein 150-Millionen-Dollar-Angebot, um Lösungen für die härtesten Probleme von Autobahningenieuren zu finden. Ganze 50 Millionen Dollar flossen in die Lösung des Straßenproblems.

Mondschuss des Bürgersteigs

Innovation war jedoch ein Konzept, das dem Asphalt so fremd war, dass Kulash, der Executive Director von SHRP wurde, verzweifelte, fähige Forscher zu finden. Es sei sehr wenig los gewesen, sagt er. Wir befürchteten, dass die technischen Kapazitäten nicht ausreichen würden. Aber dies sollte der Mondschuss des Pflasters sein. Unter der Leitung von Tom Kennedy von der University of Texas, Austin, haben sich Ingenieure aus Wissenschaft und Industrie sechs Jahre lang zusammengetan, um bessere Wege für den Straßenbau zu finden.

Das Ergebnis all dieser Forschungen ist Superpave, das für überlegene Asphaltbeläge steht. Superpave ist kein einzelnes Supermaterial oder eine Schlüsselerkenntnis. Stattdessen handelt es sich um eine neue Reihe von Testgeräten und Protokollen zum Vermischen von Straßen, die garantiert dem Wetter und dem Verkehr an einem bestimmten Ort standhalten.

Nehmen Sie Asphalt, von den Raffineriearbeitern auch als heißes Öl bekannt, die es als Nebenprodukt des katalytischen Crackens herstellen, das Benzin und Heizöl von Rohöl befreit. Vor Superpave verwendeten Bauunternehmer vom Norden Maines bis zur Virginia-Linie alle dieselbe Asphaltqualität. Das liegt daran, dass sie nur die Viskosität getestet haben, um zu sehen, wie gut es im Sommer die Brunft abwehrt.

Aber im Nordosten öffnen sich Straßenrisse häufiger von der Kälte als von der Hitze. Mit Superpave, erklärt Nelio Rodrigues, Materialingenieur des Connecticut Department of Transportation (DOT), muss Asphalt jetzt durch einen Reifen springen, indem er Leistungstests sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen besteht. Ein Test unterzieht glasigen Asphalt bei Raumtemperatur einer Maschine, die als dynamisches Scherrheometer bekannt ist. Von den SHRP-Forschern an ein Modell angepasst, das die Konsistenz von Frischkäse misst, übt das Gerät eine Drehkraft aus, um die Fähigkeit des Asphalts zu messen, Verformungen zu widerstehen. Ein anderer Test verlangt, dass gekühlte Asphaltstöcke über winzige Eisenstangen gelegt werden, um ein Gewicht zu tragen. Wenn sie knacken, ist der Asphalt für kalte Regionen nicht geeignet.

Der Blick auf niedrige Temperaturen ist ein großer Schritt nach vorn, sagt April Swanson, Forschungschemikerin bei Amoco's Whiting, Ind. Raffinerie. Bis Superpave gab es dafür keine praktische Methode. Jetzt messen wir wirklich technische Eigenschaften.

Unter Superpave testen die Techniker von Whiting die 40.000 Fässer Asphalt, die täglich von der Anlage produziert werden, und stufen Chargen mit Etiketten wie Performance Grade 58-28 ein. Das Etikett bedeutet, dass der Asphalt seine Aufgaben von brenzligen 58 °C bis -28 °C erfüllt. Swanson sagt, dass Amoco jetzt ein Sortiment an Polymeren hinzufügt, um die höheren Qualitäten zu erfüllen. Um den perfekten Asphalt für den Einbau auszuwählen, ermitteln die Ingenieure die Temperaturextreme auf ihrer Baustelle anhand der Daten des National Weather Service.

Die Wahl des idealen Asphalts ist nur die halbe Miete. Ingenieure müssen dann die richtige Mischung aus Gestein oder Zuschlag einrühren. Vor Superpave hatten Straßenbauer intuitiv das Gefühl, ein solides Verständnis dafür zu haben, welche Proportionen von grobem und feinem Stein für einen guten Straßenbelag ausmachten. Jeder benutzte, was er als bewährte Mischungen betrachtete, sagt Kulash. Aber es waren nicht die gleichen Dinge. Es gab kein Evangelium.

Superpave kombiniert das beste vorhandene Know-how in einer neuen Schrift für volumetrisches Mix-Design. Lange Tabellen definieren die ideale Kombination aus Steinen, Lufteinschlüssen und Asphalt, je nach zu erwartendem Verkehrsaufkommen. Um sicherzustellen, dass die Theorie in der Praxis Bestand hat, verwenden Ingenieure eine andere SHRP-Erfindung – den Superpave-Kreiselverdichter –, um einen Pflasterbehälter in der Größe einer Farbdose unter hohem Druck zu kneten. Die so entstandenen Exemplare zeigen, wie der Straßenbelag nach der Verdichtung durch Walzen und den folgenden Verkehrsjahren aussehen wird.

Wenn die Blöcke die Leistungsprüfungen nicht bestehen, optimieren Ingenieure das Mischungsdesign, indem sie die Steine ​​​​ändern oder einen besseren Asphalt hinzufügen. Anstelle der One-Size-Fits-All-Designs der Vergangenheit, sagt Rodrigues, trägt bei Superpave jede Straße einen maßgeschneiderten Bürgersteig.

Probefahrt

Es wird Jahre dauern, bis wir wissen, ob Superpave seinem Namen gerecht wird, aber ermutigende Berichte rollen bereits ein. In New York haben Bauunternehmer 50 Kilometer der Interstate 81 durch Cortland County mit zwei Dritteln Originalrezept und einem Drittel Superpave neu asphaltiert. Nach nur einem Winter, so der technische Leiter des Landesdienstes Paul Mack, begann der altmodische Asphalt zu verfallen. Der Superpave-Abschnitt sehe im Vergleich sehr gut aus, sagt er.

Superpave hat seinen Anteil an technischen Ausfällen und realen Widerständen gesehen. Mehrere der Asphalttests wurden in der realen Welt bombardiert, und Swanson von Amoco sagt, andere erweisen sich als schwierig zu handhaben. Obwohl ihre Techniker sorgfältige Messungen vornehmen, feilscht sie regelmäßig mit den Heißmischanlagen um die Ergebnisse. Diese Firmen, die Bautrupps mit Rohbelag beliefern, wiederholen die Leistungstests, oft mit unterschiedlichem Ergebnis.

Auch das Straßenpersonal steht vor einer Lernkurve. Die neuen Mischungen enthalten größere Steine ​​und erweisen sich als schwer zu verdichten, sagt der Materialingenieur des Staates New York, William Brudi. Bei typischen Straßenbauarbeiten wirft eine Straßenfertiger-Crew einen Schwad aus brütend heißem Mischgut ab und gleitende Stahlradwalzen folgen etwa 60 Meter dahinter und bügeln es bei Temperaturen um die 93°C ab. Aber Brudi sagt, dass das für Superpave nicht heiß genug ist. Jetzt, bei einem 90-Millionen-Dollar-Projekt zum Bau einer 9 km langen HOV-Spur auf dem Long Island Expressway, folgen Walzen dem Einbauteam heiß und verdichten die Mischung bei glühenden 150 ° C. Das erfordert viel mehr Koordination der Maschinen , sagt Brudi. Die Teams sind es nicht gewohnt zu kommunizieren, jetzt müssen sie es richtig machen.

Manchmal haben diejenigen, die sich der neumodischen Technologie widersetzen, Recht. Bei einem Auftrag im Jahr 1993 in der Nähe von Kingman, Arizona, verzichteten Bauunternehmer, die die Superpave-Richtlinien befolgten, auf die Antistripe-Chemikalie, die herkömmlicherweise zum Schutz der Straße vor Feuchtigkeit verwendet wird. Heute schlängeln sich Feuchtigkeitsrisse über die Fahrbahn. Unserer Ansicht nach ist es ein Bärendienst für die Bürger von Arizona, wenn wir dieses Designverfahren blind akzeptieren, ohne unser technisches Wissen einzusetzen, sagt die staatliche DOT-Ingenieurin Julie Nodes.

Die Reaktion von Leuten wie Nodes ist kritisch – das Schicksal von Superpave hängt mit dem Daumen nach oben von solchen Beamten zusammen, weil staatliche DOTs den Großteil des Straßenbaus des Landes finanzieren. Bisher haben die meisten die freiwilligen Superpave-Spezifikationen eifrig aufgegriffen, allen voran Indiana, Maryland und New York. Insgesamt verlangen jetzt 38 Staaten von Auftragnehmern, die neuen leistungsgeprüften Asphalte zu verwenden, und fast die Hälfte setzt das Design der Zuschlagstoffmischung um.

Kurven voraus

Während die Bundesstaaten die Hauptantriebskräfte des Straßenverkehrs sind, hängt der Erfolg von Superpave auch von der Zustimmung der 40.000 lokalen Regierungen ab, die Straßen besitzen und betreiben, sowie all der unzähligen Auftragnehmer, Gerätehersteller und Steinbrüche, die sie bedienen. Die Aufgabe der Implementierung ist noch lange nicht abgeschlossen, sagt Gary Henderson, Leiter des Superpave-Technologiebereitstellungsteams der Federal Highway Administration. Es ist auch nicht billig: Die Ausrüstung, Ausbildung und Folgestudien, die erforderlich sind, um Superpave aus dem Labor heraus ins Feld zu bringen, haben bereits 150 Millionen US-Dollar gekostet – dreimal mehr als die ursprüngliche Forschung.

Abgesehen von den Kosten kann die Zusammenführung von Akademikern, Auftragnehmern und Lieferanten zu einem gemeinsamen Zweck die wichtigste Innovation des neuen Systems sein. Während in der zerstrittenen Branche einst Misstrauen herrschte, so Kulash, zeichnet sich Superpave dadurch aus, dass es ein konstruktives Umfeld geschaffen hat. Und das sollte seiner Meinung nach die Einführung neuer Technologien beschleunigen.

In mehreren Zentren suchen Ingenieure weiter nach Wegen, den Straßenbau noch weniger Kunst zu machen. An der University of Maryland erstellt beispielsweise ein Team unter der Leitung von Matt Witczak Computermodelle, die, wenn sie mit Verkehrsschätzungen und den Leistungseigenschaften der Rohstoffe gefüttert werden, genau vorhersagen sollen, wie viele Jahre eine Fahrbahn halten wird, bevor sie durch Temperatur und Temperatur bricht oder reißt. Ermüdung.

Die Zukunft solcher Projekte wurde jedoch durch den Transportation Equity Act for the 21st Century in Frage gestellt, den Präsident Clinton am 9. Juni unterzeichnete Gelder für die Asphaltforschung und -implementierung des Bundes ausgeweidet und einen Großteil des Geldes an die Bundesstaaten umgeleitet.

rio de janeiro slum karte

Ist das Transportgesetz Kryptonit für Superpave? Unwahrscheinlich. Obwohl Superpave nicht so viel Medienglanz hat wie ein neues medizinisches Heilmittel und möglicherweise nicht so viele Millionäre hervorbringt wie ein Startup aus dem Silicon Valley, hat es die Schlüsseleigenschaft eines jeden Helden, der Bestand hat – ein Herz für die Menschen. Es ist eine Lösung für alle 50 Bundesstaaten, die den Bürgersteig in Los Angeles oder Omaha langlebig macht, bei Hitze und bei Nässe, in guten oder in schlechten Zeiten. Und es gibt nichts, was Amerikaner besser mögen als eine lange, gerade Strecke von Asphalt – ohne Risse.

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