Performance prediction of pavement structures using non-destructive deflection testing and backcalculation

Abstract

Highway pavement plays a critical role in the economic development of cities and nations, and with proper design and maintenance, it supports sustainable transportation. Performance prediction models help evaluate the efficiency and durability of the road network, assisting in the development of strategies for infrastructure improvements. These predictions are made using computer-aided modeling and simulation techniques, aiming to identify future maintenance needs. Non-destructive testing (NDT) methods are used to assess the condition of existing roadways and provide information about their physical state. These techniques are vital for preserving pavement performance and enhancing traffic safety. NDT methods typically do not damage the materials being tested, and results can be obtained quickly, enabling efficient road maintenance management. Backcalculation problems involve analyzing data obtained from methods such as deflection testing to determine the mechanical properties of pavement structures. These methods play a significant role in enhancing the sustainability and safety of highway networks and contribute to the effective management of roadway maintenance. In this study, the performance prediction of pavement structures is investigated through backcalculation using data obtained from non-destructive deflection testing.

Keywords

• Non-Destructive Deflection Testing (NDT)
• backcalculation method
• performance prediction

References

1. Yalcin, B. F., Bakir, E., Yalcin, E., Yilmaz, M. (2024). Composite Modifiers to Improve The Rheological Properties of Asphalt Binders. Journal of Materials in Civil Engineering, 36(6). https://doi.org/10.1061/JMCEE7.MTENG-17524
2. Mallick, R. B., El-Korchi, T. (2017). Pavement Engineering: Principles and Practice (3rd ed.). CRC Press.
3. Read, J., Whiteoak, D. (2003). The Shell Bitumen Handbook (5th ed.). Thomas Telford Publishing
4. Yildirim, Y. (2007). Polymer Modified Asphalt Binders. Construction and Building Materials, 21(1), 66–72. https://doi.org/10.1016/j. conbuildmat.2005.07.007
5. Alas, M., Albrka, A., Gökçekuş, H. (2022). The High Temperature Performance Evaluation of Polymer/Nanocomposite Modified Asphalt Cement. Teknik Dergi, 33(4), 12143–12162.
6. Zaumanis, M., Mallick, R. B., Frank, R. (2020). Sustainable Asphalt Pavements: Technologies, Knowledge Gaps and Opportunities. Springer.
7. Kaşak S., Komut M., (2019). Karayolları Beton Yol Üstyapılar Projelendirme Rehberi, Ulaştırma ve Altyapı Bakanlığı Karayolları Genel Müdürlüğü, Ankara.
8. Bağdatli M. E. C., (2010), Esnek Üstyapı Kaplamalarındaki Hasar Özelliklerinin Bakım Maliyetleri Üzerine Etkisi, Namık Kemal Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, Tekirdağ.

9. Kırbaş U., (2018). Karaşahin M., Şehiriçi Yollarda Üstyapıların Mevcut Performansını Belirlemek İçin Bir Yöntem, Teknik Dergi, 8459-8467, Yazı 507, Teknik Not.
10. Geçkil T., Tanyıldızı M. M., (2019). Zemin Taşıma Gücünün Rijit ve Esnek Üstyapıların Kalınlıklarına ve Maliyetlerine Etkisi, Fırat Üniversitesi Müh. Bil. Dergisi, 31(2), 399-406.
11. Erkmen F., Kalyoncuoglu F., (2023). Düşen Ağırlıklı Deflektometre Ölçümlerinde Asfalt Sıcaklığı Etkisi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 27:284–90. https://doi.org/10.19113/sdufenbed.1220320
12. Ellis T., (2008). ScholarWorks@UARK A Comparison of Nondestructive Testing Backcalculation Techniques for Rigid and Flexible Pavements.
13. Kırbaş U., (2013). İstanbul Şehiriçi Yollarda Üstyapı Bakım Yönetim Sistemi Kurulması, Türkiye Örneği, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Aralık.
14. Kırbaş U., Karaşahin M., (2015). Şehiriçi Bitümlü Sıcak Karışım Kaplamalı Yollarda İklim ve Üstyapı Yaşına Endeksli Bir Üstyapı Bozulma Tahmin Modeli Geliştirilmesi, Volume: 11 Issue: 2, 10 - 19.
15. Yarcı Ş., (2021). Karayolu Esnek Üstaypılarında Termal Alan Yöntemi ile Performans Tahmini, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, Temmuz.
16. Kırbaş U., Karaşahin M., (2018). A Method For Determining Existing Pavement Performance in Urban Roads, Teknik Dergi/Technical Journal of Turkish Chamber of Civil Engineers, 29:8459–67. https://doi.org/10.18400/tekderg.373899
17. Hergüner A. T., (2009). Türkiye Otoyol Ağı İçin Üstyapı Yönetim Sistemi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Temmuz.
18. Çarkanat F., Bozatlı S., Abut Y., (2022). Esnek Üstyapılarda Kalıcı Deformasyon Ve Yorulmaya Bağlı Mekanistik Bir Modelleme Ve Duyarlılık Analizi, Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, C. 10, S. 2, 512-523.
19. Tosti F., Benedetto A., Ciampoli L. B., D’Amico F., Plati C., Loizos A., (2020). Guest Editorial: Data Fusion, Integration and Advances of Non-Destructive Testing Methods in Civil and Environmental Engineering, NDT and E International, 115.
20. Kamruzaman N., Hidayah N., Kamaruddin M., (2021). Non-Destructive Method for Asphalt Pavement Evaluation: A Review, Recent Trends in Civil Engineering and Built Environment, 2:315–22.
21. Serin S., (2014). Tahribatsız Test Yöntemleri İle Esnek Üstyapıların Fiziksel Ve Mekanik Özelliklerinin Modellenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi Doktora Tezi.
22. Domitrović J., Rukavina T., (2013). Application of GPR and FWD in assessing pavement bearing capacity. Article No.2, Romanian Journal of Transport Infrastructure, Vol.2, 2013, No.2 DOI: 10.1515/rjti-2015-0015
23. Bayazıt M., (2019). Karayolu Üstyapısında Tahribatsız Elektromanyetik Test Yöntemi İle Kalite Kontrol, Düzce Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi.
24. Sarıoğlu O., Saltan M., (2021). Sathi Kaplamalı Yolların Yapısal Performansının Değerlendirilmesi, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 9:463-75.
25. Uz V. E., Saltan M., (2012). Granüler Yol Tabakalarının Yerinde Değerlendirme Yöntemleri: Dinamik Koni Penetrometre (DCP) Testi, SDU International Technologic Science, Vol. 4, No 2, pp. 70-88.
26. Plati C., Loizos A., Gkyrtis K., (2020). Integration of Non-Destructive Testing Methods to Assess Asphalt Pavement Thickness, NDT and E International, 115.
27. Aydın A., (2023). Yer Radarı Yöntemi İle Kayıp Alt Yapı Şebekelerinin Tespiti (Giresun İli Örneği), Avrasya Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi.
28. FAA., (2011). Airports Engineering Division AAS., 150/5370-11B, Use of Nondestructive Testing in the Evaluation of Airport Pavements, 30 September.
29. Kara O., Erdal H., Çelik H. H., (2007). Tahribatsız Test Yöntemleri: Karşılaştırmalı Bir Derleme Çalışması, Marmara Fen Bilimleri Dergisi. https://doi.org/10.7240/marufbd.326674
30. Gürcan T., (2019). Atık Asfalt Kaplamalarla Oluşturulmuş Bitümlü Sıcak Karışım Özelliklerinin İleri Düzey Performans Deneyleriyle Belirlenmesi, Akdeniz Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, Temmuz.
31. Lee S. Y., Choi J. S., Le T. H. M., (2024). Unraveling The Optimal Strategies for Asphalt Pavement Longevity Through Preventive Maintenance: A Case Study in South Korea, Case Studies in Construction Materials.
32. Rucka M., (2020). Special Issue: “Non-Destructive Testing of Structures.” Materials, 13:1-6
33. Lav A. H., Göktepe A. B., Ağar E., (2005). Esnek Üstyapılarda Mekanik Özelliklerin Yapay Sinir Ağları Kullanılarak Geri-Hesaplanması, İ.T.Ü. Dergisi/d Mühendislik Cilt:4, Sayı:2, 31-42, Nisan.
34. Saltan M., Alaefary F., (2018). Anfıs Yönteminin Esnek Yol Üstaypılarının Yapısal Analizinde Kullanılabilirliği, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 6:396–405.
35. Saltan M., Karaşahin M., (2016). A Finite Element Based Backcalculation Program for Flexible Pavements, Indian Journal of Engineering and Materials Sciences 13(3):221-230.
36. Khazanovich L., Tayabji S., Darter M., (2001). Backcalculation of Layer Parameters for LTPP Test Sections, Volume I: Slab on Elastic Solid and Slab on Dense-Liquid Foundation Analysis of Rigid Pavements, Corpus ID: 109375613.
37. Kurt D. S., James E. B., Monty J. W., Karim C., Julie M. V., Thomas Y., (2017). Using Falling Weight Deflectometer Data with Mechanistic-Empirical Design and Analysis, Volume I: Final Report, FHWA-HRT-16-009.
38. Kassem E., Muftah A., (2023). Simplified Analysis Methods of TSD and FWD Data for Effective Asphalt Pavement Preservation Program, Idaho Transportation Department, Report No: FHWA-ID-23-294.
39. Surface layer. WishesCards. 05.07.2025 tarihinde alındı. https://wishescards.ru/surface/layer/
40. Saltan M., Karaşahin M., (2001). Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Esnek Üstyapılarda Tabaka Özelliklerinin Geri Hesaplanması, İMO. Teknik Dergi, 2379-2400, Yazı 163.
41. Federal Highway Administration, (2017). Using Falling Weight Deflectometer Data with Mechanistic-Empirical Design and Analysis, Volume III: Guidelines for Deflection Testing, Analysis, and Interpretation, Chapter 3. General Backcalculation Guidelines, Federal Highway Administration Research and Technology Coordinating, Developing, and Delivering Highway Transportation Innovations, FHWA-HRT-16-011.
42. Gupta V. K., Hodouin D., Berube M. A., Everell M. D., (1981). The Estimation of Rate and Breakage Distribution Parameters From Batch Grinding Data For A Complex Pyritic Ore Using A Back-Calculation Method, Powder Technol, 28:97–106. https://doi.org/10.1016/0032-5910(81)87016-7