Performance Assessment of the Roller Compacted Concrete Pavement with Mechanistic-Empirical Design Approach: A Case Study of Ankara Temelli Road

Abstract

Due to its long-term economic benefits and rapid opening to traffic, Roller Compacted Concrete (RCC) pavement technology has been widely implemented across Türkiye, with applications exceeding 5,000 km, including municipal projects. However, designs are predominantly based on traditional catalog systems, often neglecting critical factors such as environmental conditions, climate, soil, materials, and traffic loadings. Consequently, some applications experience unforeseen long-term performance issues. In this study, the RCC road design between Çokören and Babayakup villages in the Temelli district of Polatlı, Ankara, was evaluated using the mechanistic-empirical (M-E) pavement approach, which has been pioneered and increasingly adopted by the USA and Canada. The actual field performance of the RCC road was compared with predictions from the M-E modeling. The findings indicate that the M-E approach provides significantly more realistic predictions compared to traditional design methods. This approach demonstrated how specific design decisions, such as omitting joints and opting for thinner pavement thicknesses, impact long-term pavement performance, thereby optimizing more efficient and economical (long-term) designs throughout the service life. The ultimate goal of this study is to pave the way for the development of an M-E-based pavement design program tailored to Türkiye’s local materials and climate conditions, calibrated with existing RCC road applications.

Keywords

• Roller Compacted Concrete (RCC) pavement
• Pavement design
• Mechanistic-empirical design approach

Mekanistik-Ampirik Tasarım Yaklaşımıyla Silindirle Sıkıştırılmış Beton Yol Performans Değerlendirmesi: Ankara Temelli Yolu Örneği

Abstract

Sağladığı uzun dönemli ekonomik kazançlar ve hızlı trafiğe açılması gibi avantajları sayesinde Silindirle Sıkıştırılmış Beton (SSB) yol teknolojisi, ülkemizde belediye uygulamaları da dahil edildiğinde 5.000 km’yi aştığı tahmin edilmektedir. Ancak halen çoğunlukla geleneksel katalog sistemi ile tasarımlar yapılmakta ve çevresel koşullar, iklim, zemin, malzeme ve trafik koşulları yeterince dikkate alınmamaktadır. Bunun sonucunda da bazı uygulamalarda uzun dönemli öngörülemeyen performans düşüşleri yaşanabilmektedir. Bu çalışma ile Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada’nın öncülüğünde, kullanımı her geçen gün artan yeni nesil mekanistik-ampirik (M-E) üstyapı yaklaşımı ile Ankara ili Polatlı ilçesine bağlı Temelli mevki Çokören- Babayakup köyleri arasında SSB Yolu tekrardan tasarlanmış ve gerçek saha SSB yol performansı ile program modellemesi tahminleri karşılaştırılmıştır. Sonuç, M-E yaklaşımının geleneksel tasarım yöntemlerine göre daha gerçekçi tahmin yapabildiği yönündedir. Bu tasarım yöntemi, bu uygulama özelinde derz bırakılmaması ve ince kalınlık tasarımı yapılması gibi tasarımsal kararların uzun dönemli üstyapı performansını nasıl etkilediğini göstermiş ve servis süresi boyunca daha etkin ve daha ekonomik (uzun dönemli) tasarımlar optimize etmiştir. Bu çalışmanın nihai amacı ise SSB yol uygulamaları için ülkemiz özelinde yerel malzeme ve iklim koşulların dahil edildiği ve mevcut SSB yol uygulamaları ile kalibre edilecek bir M-E esaslı üstyapı tasarım programının hayata geçirilmesine öncülük etmesidir.

Keywords

• Silindirle Sıkıştırılmış Beton (SSB) kaplama
• Üstyapı tasarımı
• Mekanistik-ampirik üstyapı tasarımı

References

1. AASHTO. 2015. Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide- A Manual of Practice. American Association of State Highway and Transportation Officials Publication, Washington, USA, 2nd ed., pp: 218.
2. Abdo F. 2023. A comprehensive approach to maximize the benefits of RCC pavements. In: 14th International Symposium on Concrete Roads (Concrete Roads 2023), June 25-28, Krakow, Poland, pp: 142.
3. Akbelen B, Yılmaz MC, Gungor AG, Yaman IO. 2023. Initial Construction Cost Comparison of Roller Compacted Concrete (RCC) and Hot-Mix Asphalt (HMA) Pavements Used in the Turkish Local Road Network. 14th International Symposium on Concrete Roads (Concrete Roads 2023), June 25-28, Krakow, Poland, pp: 54.
4. FHWA-HIF-16-003. 2016. Tech Brief: Roller-Compacted Concrete Pavement. Federal Highway Administration. URL: https://www.fhwa.dot.gov/pavement/concrete/pubs/hif16003.pdf (accessed date: June 23, 2024).
5. Geopave. 2020. Rapor: Çokören – Babayakup Köy Yolu Silindirle Sıkıştırılmış Beton Yol Üstyapı İnceleme ve Değerlendirme İşi. Rapor No: GEOPAVE-TCMB_2020/08-02, Ankara, Türkiye, pp: 35.
6. Harrington D, Abdo, F, Adaska W, Hazaree CV, Ceylan H, Bektas F. 2010. Guide for roller-compacted concrete pavements. National Concrete Pavement Technology Center, Iowa, USA, 1st ed., pp: 104.
7. Islam S, Hossain M, Jones C, Gao Y, Wu X, Romanoschi S. 2023. Implementation of the AASHTO Mechanistic-Empirical Design Guide (AASHTOWare Pavement ME Design) for Pavement Rehabilitation. Report No: FHWA-KS-23-01. URL: https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/66641 (accessed date: June 10, 2024).
8. Öztürk HI, Tan EB, Şengün E, Yaman İÖ. 2019. Farklı trafik, zemin, malzeme ve iklim koşulları için mekanistik-ampirik (M-E) yöntemle tasarlanan derzli donatısız rijit üstyapı sistemlerinin karşılaştırılması. Gazi Üniv Müh Mim Fak Derg, 34(2): 771-784.

9. Sengun E. 2024. Evaluating the performance AASHTOWare’s mechanistic-empirical approach for roller-compacted concrete roadways. Comput Concrete, 33:(4), 445–469.
10. Sengun E, Ozturk HI, Yaman IO. 2020. Mekanistik-ampirik ve geleneksel beton yol tasarım yöntemlerinin karşılaştırılması: Afyon-Emirdağ deneme kesimi. J Turk Chamb Civ Eng, 31(5): 10251–10274.
11. T.C. Çevre Şehirçilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. 2023. Resmi İstatistik.URL:https://webdosya.csb.gov.tr/db/yerelyonetimler/icerikler/01-2023-koy-yollar--resm---statst-k--20240302101240.pdf (accessed date: August 25, 2024).