Evaluation of the effects of surface distress types observed in the flexible road pavements on the ride comfort

Abstract

The study investigated the similarities between the surface distresses in the bituminous hot mix pavements and the vibration values exposed in the vehicle. To this end, surface distress data in 98 sections were examined and analyzed according to the Paver system. The adverse effect on pavement performance was normalized with the deducted value (DD) approach according to the type, severity, and amount of each distress. In addition, the Pavement Condition Index (PCI) values expressing the current performance of the pavement sections were calculated. Then, with the help of accelerometers placed at three different points in the vehicle, namely the driver's seat, the middle axle and the right front passenger seat, vertical vibration data in the same sections were recorded and analyzed according to the ISO 2631-1 coded standard, and vibration evaluation parameters were obtained. The similarity values between the vibration parameters exposed at three different points in the vehicle and the DD data expressing the deterioration were investigated, and the changes between the PCI and vibration parameters of the sections were visualized. It has been observed that patching and depression type distresses negatively affect ride comfort than others.

Keywords

• Flexible pavement
• Ride comfort
• Vibration
• Correlation

Karayolu esnek yol üstyapılarında görülen yüzey bozulma türlerinin sürüş konforuna etkilerinin değerlendirilmesi

Öz

Çalışmada, bitümlü sıcak karışım üstyapılarda oluşan yüzey bozulmaları ile taşıt içerisinde maruz kalınan titreşim değerleri arasındaki benzerlikler araştırılmıştır. Bu amaçla, 98 adet kesimde yüzey bozulma verileri incelenmiş ve Paver sistemine göre analiz edilmiştir. Her bir bozulmanın türü, şiddeti ve miktarına göre üstyapı performansı üzerine olan olumsuz etkisi düşülen değer (DD) yaklaşımı ile normalize edilmiştir. Ayrıca üstyapı kesimlerinin mevcut performansını ifade eden Üstyapı Durum İndeksi (PCI) değerleri hesaplanmıştır. Ardından araç içerisinde sürücü koltuğu, orta aks üzeri ve sağ ön yolcu koltuğu olmak üzere üç farklı noktaya yerleştirilen ivmeölçerler yardımıyla aynı kesimlerde düşey doğrultudaki titreşim verileri kaydedilmiş ve ISO 2631-1 kodlu standarda göre analiz edilerek titreşim değerlendirme parametreleri elde edilmiştir. Taşıt içerisinde üç farklı noktada maruz kalınan titreşim parametreleri ile bozulmaları ifade eden DD verileri arasındaki benzerlik değerleri araştırılmış ve kesimlerin PCI ile titreşim parametreleri arasındaki değişimler görselleştirilmiştir. Yama ve çökme türü bozulmaların diğerlerine nazaran sürüş konforu üzerinde daha fazla olumsuz etkisinin olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Esnek üstyapı
• Sürüş konforu
• Titreşim
• Korelasyon

Kaynakça

1. R. Haas, W. R. Hudson, and J. P. Zaniewski, Modern Pavement Management. Malabar, Florida, USA: Krieger Pub. Co., p. 583, 1994.
2. M. J. Griffin, Handbook of human vibration. London, UK: Academic press, p. 1008, 2012.
3. M. Y. Shahin, Pavement management for airports, roads, and parking lots. New York: Springer, p. 572, 2005.
4. U. Kırbaş and M. Karaşahin, Performance models for hot mix asphalt pavements in urban roads. Construction and Building Materials, 116, 281-288, 2016.https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.04.118.
5. A. Wolters, K. Zimmerman, K. Schattler, and A. Rietgraf, Implementing pavement management systems for local agencies. 2011.
6. L. Picado-Santos, A. Ferreira, A. Antunes, C. Carvalheira, B. Santos, M. Bicho, I, Quadrado, S. Silvestre, Pavement management system for Lisbon. vol. 157: Thomas Telford Ltd, pp. 157-165, 2004.
7. A. Ferreira, L. d. Picado-Santos, Z. Wu, and G. Flintsch, Selection of pavement performance models for use in the Portuguese PMS. International Journal of Pavement Engineering, 12, 1, 87-97, 2011. https://doi.org/10.1080/10298436.2010.506538.
8. M. W. Sayers, T. D. Gillespie, and C. A. V. Queiroz, The International Road Roughness Experiment: Establishing Correlation and a Calibration Standard for Measurements. Washington, D.C., U.S.A.: The World Bank, p. 454, 1986.

9. M. W. Sayers and S. M. Karamihas, Interpretation of road roughness profile data. Federal Highway Administration, Final Report UMTRI 96-19, 1996.
10. M. Karaşahin and S. Terzi, Performance model for asphalt concrete pavement based on the fuzzy logic approach. Transport, 29, 1, 18-27, 2014. https://doi.org/10.3846/16484142.2014.893926.
11. S. Terzi, Modeling the pavement serviceability ratio of flexible highway pavements by artificial neural networks. Construction and Building Materials, 21, 3, 590-593, 2007. https://doi.org/10.1016/ j.conbuildmat.2005.11.001.
12. S. Terzi, Modeling for pavement roughness using the ANFIS approach. Advances in Engineering Software, 57, 2013, 59-64, 2013, doi: 10.1016/j.advengsoft.2012.11.013.
13. U. Kırbaş, IRI Sensitivity to the Influence of Surface Distress on Flexible Pavements. Coatings, 8, 8, 2018. https://doi.org/10.3390/coatings8080271.
14. U. Kırbaş, M. Karaşahin, B. Demir, M. Komut, and E. N. Ünal, Bitümlü Sıcak Karışım Üstyapılarda Görülen Yüzey Bozulmaları ile Düzgünsüzlük Arasındaki İlişkilerin Modellenmesinde Bazı Yaklaşımlar. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 22, 2, 2018. https://doi.org/10.19113/sdufbed.32804.
15. F. Wang and S. Easa, Analytical Evaluation of Ride Comfort on Asphalt Concrete Pavements. Journal of Testing and Evaluation, 44, 4, 1671-1682, 2016. https://doi.org/10.1520/jte20140339.
16. P. Múčka, Vibration Dose Value in Passenger Car and Road Roughness. Journal of Transportation Engineering, Part B: Pavements, 146, 4, 04020064 1-15, 2020. https://doi.org/10.1061/jpeodx.0000200.
17. ASTM D 6433-16, Standard Practice for Roads and Parking Lots Pavement Condition Index Surveys. ASTM, West Conshohocken, PA, United States, 2016.
18. ISO 2631-1, Mechanical vibration and shock - Evaluation of human exposure to whole-body vibration, Part 1: General Requirement, ISO, Geneva, Switzerland, 1997.
19. C. İ. Çay, Tarım Traktörleri Sürücü Koltukları Titreşim Sönümleme Elemanları Üzerine Bir Araştırma, Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi, Ankara, 2006.
20. İ. Keleş, Titreşim Esaslı Taşıt Tasarım Parametrelerinin Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Mustafa Kemal Üniversitesi, Antakya, 2001.
21. ISO BS EN 8041, Human response to vibration - Measuring instrumentation, ISO, Geneva, Switzerland, 2005.
22. U. Kırbaş and M. Karaşahin, Pavement performance levels causing human health risks. Journal of the Croatian Association of Civil Engineers, 70, 10, 851-861, 2018, https://doi.org/10.14256/jce.2120.2017.
23. M. Mubaraki, Study the Relationship between Pavement Surface Distress and Roughness Data. 5th International Conference on Transportation and Traffic Engineering (ICTTE 2016), MATEC Web of Conferences 81, 02012, 2016, https://doi.org/10.1051/matecconf/20168102012