Extreme Heat Events: Defining the Critical Scenario for Ontario’s Flexible Pavements
Alyssa Bernier, Kamal Hossain, Sina Varamini, Mohammad Shafiee

ABSTRACT

More extreme and frequent heat waves are being experienced worldwide, driven by climate change. Flexible pavements are temperature sensitive and thus more vulnerable to heat waves than other pavement structures. This study seeks to identify the implications of heat wave scenarios on pavement performance for two major cities within Ontario, Canada. Pavement performance was predicted using AASHTOWare Pavement Mechanistic Empirical Design (now Pavement ME Design) software for typical pavement structures. Historically motivated heat waves of increasing severity and return periods are run in the software. A sensitivity analysis is performed by varying the pavement structure to investigate potential heat wave adaptation strategies. The study identifies that heat waves with short return periods are more detrimental to pavements than individual extreme heat waves. Under the worst heatwave scenario, the changes in pavement surface temperature were moderately noticeable. Increasing the thickness of Hot Mix Asphalt (HMA) binder course was found to be the most effective method to significantly reduce the asphalt rutting associated with a heat wave, while maintaining all other mix properties. Overall, the simulated heat waves had the potential to cause meaningful damage to urban road networks and therefore pavement designs should be adapted accordingly to suit their local climate.

RÉSUMÉ

Des vagues de chaleur extrêmes et plus fréquentes sont observées dans le monde entier, en raison du changement climatique. Les chaussées flexibles sont sensibles à la température et donc plus vulnérables aux vagues de chaleur que les autres structures de chaussée. Cette étude vise à identifier les implications des scénarios de vague de chaleur sur la performance des chaussées de deux grandes villes de l'Ontario, au Canada. Les performances de la chaussée ont été prédites à l'aide du logiciel AASHTOWare Pavement Mechanistic Empirical Design (maintenant Pavement ME Design) pour les structures de chaussée typiques. Des vagues de chaleur les plus sévères historiquement marquantes, et leurs répétabilités sont gérées dans le logiciel. Une analyse de sensibilité est réalisée en faisant varier la structure de la chaussée pour étudier les stratégies potentielles d'adaptation aux vagues de chaleur. L’étude révèle que les vagues de chaleur avec de courtes périodes de retour sont plus préjudiciables aux chaussées que les vagues de chaleur extrêmes individuelles. Dans le pire scénario de canicule, les changements de température à la surface de la chaussée étaient modérément perceptibles. L’augmentation de l’épaisseur de la couche de surface de l’enrobé à chaud s’est avérée être la méthode la plus efficace pour réduire considérablement l’orniérage de l’asphalte associé à une vague de chaleur, tout en conservant toutes les autres propriétés du mélange. Dans l'ensemble, les vagues de chaleur simulées étaient susceptibles de causer des dommages importants aux réseaux routiers urbains et la conception des chaussées devrait donc être adaptée en conséquence au climat local.