Comparison of AASHTO-93 and AASHTOWare Pavement ME Design Methods for the Pavement Design in Türkiye and the Economic Analysis: Adana Province Example

Abstract

Flexible pavement design is currently being carried out Türkiye using the Flexible Highway Pavement Design Guide based on the AASHTO-93 design method. In this study, firstly, the wearing, binder and bituminous base layer thicknesses were determined using the Highway Flexible Pavement Design Guide for three different road classes, traffic levels and soil strength conditions (total 3x3x3 = 27 different scenarios). Then, hourly climate data for Adana province were obtained from the General Directorate of Meteorology for these 27 different design scenarios. Performance analyses were conducted using these climate data and other design parameters using the AASHTOWare Mechanistic-Empirical Pavement Design Method. Based on these analyses, the most appropriate and economical pavement thicknesses were determined using the AASHTOWare Mechanistic-Empirical Pavement Design Method, and the impact of varying thicknesses on the pavement material costs was examined. Based on these analyses, it was observed that for some design scenarios, certain performance parameters of the AASHTOWare Mechanistic-Empirical Pavement Design Method failed to meet the relevant limit values at the end of the pavement's design life. Consequently, the layer thicknesses calculated based on the Highway Flexible Pavement Design Guide were insufficient for these scenarios. This study also evaluated the applicability of the AASHTOWare Mechanistic-Empirical Pavement Design Method, a new method for highway pavement design, to Türkiye's conditions. Practical recommendations were presented regarding the steps to be taken for using this method.

Keywords

• Pavement Design
• AASHTO 93
• AASHTOWare Pavement ME Design
• Economic Analysis

AASHTO-93 ile AASHTOWare Mekanistik-Ampirik Üstyapı Tasarım Yöntemlerinin Ülkemiz Koşullarında Karşılaştırılması ve Ekonomik Analizi: Adana İli Örneği

Öz

Ülkemizde halihazırda AASHTO-93 tasarım yöntemine dayanan Karayolu Esnek Üstyapılar Projelendirme Rehberi kullanılarak esnek üstyapı tasarımı gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada öncelikle, 3 farklı yol sınıfı, trafik ve zemin (toplam 3x3x3=27 farklı senaryo) için Karayolları Esnek Üstyapı Projelendirme Rehberi kullanılarak aşınma, binder ve bitümlü temel tabaka kalınlıkları belirlenmiştir. Daha sonra ise bu 27 farklı tasarım senaryosu için Meteoroloji Genel Müdürlüğü’nden Adana ili saatlik iklim verileri temin edilmiş, bu iklim verileri ve diğer tasarım parametreleri kullanılarak AASHTOWare Mekanistik-Ampirik Üstyapı Tasarım Yöntemi ile performans analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu analizler sonucu AASHTOWare Mekanistik-Ampirik Üstyapı Tasarım Yöntemi kullanılarak en uygun ve ekonomik kaplama kalınlıkları belirlenmiş ve değişen kalınlıkların yol maliyetine etkisi irdelenmiştir. Yapılan bu analizler doğrultusunda AASHTOWare Mekanistik-Ampirik Üstyapı Tasarım Yöntemi performans analizleri sonucu bazı tasarım senaryoları için bazı performans parametrelerinin yol tasarım ömrü sonunda ilgili sınır değeri sağlayamadığı, dolayısıyla da Karayolları Esnek Üstyapı Projelendirme Rehberi baz alınarak hesaplanan tabaka kalınlıklarının bu senaryolar için yeterli olmadığı gözlemlenmiştir. Bu çalışma kapsamında, karayolu üstyapıları tasarımında yeni bir yöntem olan AASHTOWare Mekanistik-Ampirik Üstyapı Tasarım Yönteminin ülkemiz koşullarında uygulanabilirliği test edilmiş ve bu yöntemin kullanımına yönelik atılabilecek adımlarla ilgili pratik öneriler sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Üstyapı Tasarımı
• AASHTO 93
• AASHTOWare Mekanistik-Ampirik Üstyapı Tasarım Yöntemi
• Ekonomik Analiz

References

1. AASHTO (1993). American Association of State Highwat and Transportation Officials (AASHTO). Guide for Design of Pavement Structures, Washington, D.C.
2. AASHTO (2024). AASHTOWare Pavement ME Design - Climatic Data. (n.d.). Retrieved March 28, 2024, from https://medesign.com/MEDesign/ClimaticData.html?AspxAutoDetectCookieSupport=1
3. Aguib, A. A. (2021). Flexible pavement design AASHTO 1993 versus mechanistic-empirical pavement design.
4. Armağan, K. (2019). Karayolunun AASHTO metoduna göre tasarımı ve Türkiye kalibrasyonu.
5. Avar, E. (2024). AASHTO-93 ile AASHTOWare mekanistik-ampirik üstyapı tasarım yöntemlerinin ülkemiz koşullarında karşılaştırılması ve ekonomik analizi (Master's thesis, Adana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji Üniversitesi).
6. Bağdatlı, M. (2010). Esnek üst yapı kaplamalarındaki hasar özelliklerinin bakım maliyetleri üzerine etkisi (Master's thesis, Namık Kemal Üniversitesi).
7. Bağdatlı, M. E. C., & Yıldırım, M. Ş. (2017). Karayolu üstyapılarındaki bozulmaların bakım maliyetlerine etkisi. Nevşehir Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(1), 102-111. https://doi.org/10.17100/nevbiltek.304473
8. Baus, R. L., & Stires, N. R. (2010). Mechanistic-empirical pavement design guide implementation (No. FHWA-SC-10-01). University of South Carolina. Dept. of Civil & Environmental Engineering.

9. Bowles, J. E. (1992). Engineering properties of soils and their measurement (pp. x+-241).
10. Caliendo, C. (2012). Local calibration and implementation of the mechanistic-empirical pavement design guide for flexible pavement design. Journal of Transportation Engineering, 138(3), 348-360. https://doi.org/10.1061/(ASCE)TE.1943-5436.0000328
11. Darter, M. I., Von Quintus, H., Bhattacharya, B. B., & Mallela, J. (2014). Calibration and implementation of the AASHTO mechanistic-empirical pavement design guide in Arizona (No. FHWA-AZ-14-606). Arizona. Dept. of Transportation. Research Center.
12. Deniz, T. (2016). Türkiye’de Ulaşım Sektöründe Yaşanan Değişimler Ve Mevcut Durum. Doğu Coğrafya Dergisi, 21(36), 135-156. https://doi.org/10.17295/dcd.79471
13. Ecevit, O. (2007). Karayollarında rijit üstyapı uygulamaları ve tasarımı.
14. Haider, S. W., Buch, N., Chatti, K., & Brown, J. (2011). Development of traffic inputs for mechanistic–empirical pavement design guide in Michigan. Transportation Research Record, 2256(1), 179-190. https://doi.org/10.3141/2256-21
15. Ipekyuz, B., Yaman, H. T., & Öztürk, H. I. (2022). Challenges and benefits of the use of AASHTOWare for 3 climatic regions in Turkey. Teknik Dergi, 33(5), 12473-12500. https://doi.org/10.18400/tekderg.793889
16. Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM) (2008). Karayolları Esnek Üstyapıları Projelendirme Rehberi, KGM Yayını, Ankara.
17. Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM) (2024). Yol, Köprü, Tünel, Bitümlü Kaplamalar, Bakım ve Trafik İşlerine Ait Birim Fiyat Listesi. https://www.kgm.gov.tr/SiteCollectionDocuments/KGMdocuments/MerkezBirimler/ProgramIzlemeDairesiBaskanligi/2024YiliBirimFiyatListesi.pdf
18. Kaya, O. (2015). Investigation of AASHTOWare Pavement ME Design/Darwin-ME TM performance prediction models for Iowa pavement analysis and design (Master’s dissertation, Iowa State University).
19. Kim, S., Ceylan, H., Ma, D., & Gopalakrishnan, K. (2014). Calibration of pavement ME design and mechanistic-empirical pavement design guide performance prediction models for Iowa pavement systems. Journal of Transportation Engineering, 140(10), 04014052. https://doi.org/10.1061/(ASCE)TE.1943-5436.0000704
20. Kök, E. (2008). Karayolu ve havaalanı üstyapı tasarım yöntemleri, karşılaştırması ve Türkiye uygulamaları.
21. Li, J., Pierce, L. M., & Uhlmeyer, J. (2009). Calibration of flexible pavement in mechanistic–empirical pavement design guide for Washington state. Transportation Research Record, 2095(1), 73-83. https://doi.org/10.3141/2095-08
22. Li, Q., Xiao, D. X., Wang, K. C., Hall, K. D., & Qiu, Y. (2011). Mechanistic-empirical pavement design guide (MEPDG): a bird’s-eye view. Journal of Modern Transportation, 19, 114-133. https://doi.org/10.1007/BF03325749
23. Muthadi, N. R., & Kim, Y. R. (2008). Local calibration of mechanistic-empirical pavement design guide for flexible pavement design. Transportation Research Record, 2087(1), 131-141. https://doi.org/10.3141/2087-14
24. NCHRP (2004). Guide for mechanistic empirical design of new and rehabilitated pavement structures. NCHRP Rep. 1-37A, Final Rep.
25. Öztürk, H. I., Tan, E. B., Şengün, E., & Yaman, İ. Ö. (2019). Farklı trafik, zemin, malzeme ve iklim koşulları için mekanistik-ampirik (ME) yöntemle tasarlanan derzli donatısız rijit üstyapı sistemlerinin karşılaştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34(2), 771-784. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.416536
26. Shakhan, M. R., Topal, A., & Şengöz, B. (2021). A methodology for implementation of the mechanistic-empirical rigid pavement design in Turkey. Turkish Journal of Science and Technology, 16(1), 1-10.
27. Shakhan, M. R., Topal, A., & Şengöz, B. (2021). Data collection for implementation of the mechanistic-empirical pavement design guide (MEPDG) in Izmir, Turkey. Teknik Dergi, 32(6), 11361-11380. https://doi.org/10.18400/tekderg.651399
28. Swan, D. J., Tardif, R., Hajek, J. J., & Hein, D. K. (2008). Development of regional traffic data for the mechanistic–empirical pavement design guide. Transportation research record, 2049(1), 54-62. https://doi.org/10.3141/2049-07
29. Şengün, E., Öztürk, H. İ., & Yaman, İ. Ö. (2020). Mekanistik-ampirik ve geleneksel beton yol tasarım yöntemlerinin karşılaştırılması: Afyon-Emirdağ deneme kesimi. Teknik Dergi, 31(5), 10251-10274. https://doi.org/10.18400/tekderg.565709