This is an HTML version of an attachment to the Official Information request 'Investigation report conducted in 2016 into why the reseal work on the stretch of road south of Atiamuri kept failing.'.


ct 1982 
ion 
 
Thorpe Road  
e Official Inform
(SH1 RP664/6258–6530)
 
  
 
NZ Transport Agency 
un
Central Waikato Network Outcome Contract 
17 February 2016 
Pavement Renewal Report 
 
 
Released 
 

Prepared for: 
s 9(2)(a)
, Manager Taupo, Downer 
Prepared by:  
s 9(2)(a)
, Technical Manager – Pavements 
ct 1982 
BE(Hons), PhD 
Date:    
17 February 2016 
Reviewed by:  
s 9(2)(a)
Opus 
ion 
Date:    
February 2016 
Status: 
Draft for NZTA review 
Amendment Register 
Date 
Changes 
Rev 
e Official Inform
 
This document is the property of Downer NZ Limited. Any unauthorised reproduction or use 
of content of forbidden  
un
Released 
Page 2 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 

Contents 
Pavement Renewal Report 
1 
Executive Summary 
3 
Introduction 
8 
1.
Part 1 – Setting
9  ct 1982 
1.1  Renewal Drivers 
11 
2.
Part 2 – Investigations
14 
2.1  Site Survey 
14 
2.2  Test pits 
15 
ion 
2.3  Stiffness 
16 
2.4  Materials Lab Testing 
17 
2.4.1 
Repeated Load Triaxial Testing 
17 
2.4.2 
Indirect Tensile Strength Testing 
19 
2.5  Services 
19 
3.
Part 3 – Options Recommendation
20 
3.1  Basecourse Quality Assessment 
20 
3.2  Failure Mode Analysis 
21 
3.3  Pavement Treatment Options (Treatment Selection) 
22 
3.3.1 
Option 1 – Remove 100mm existing Seal Layers and Reinstate 
new seal – 1 year life (Not recommended) 
23 
3.3.2 
Option 2 - 200mm Insitu stabilisation – 1 to 5 year life (Not 
recommended) 
23 
e Official Inform
3.3.3 
Option 3 – Remove 100mm seal layer and then 320 mm Granular 
Overlay – 25 year life (Recommended Option) or 
230mm Granular Overlay 10 year life 
24 
 
3.3.1 
Option 4 – Remove 220mm (to remove surface and buried seal 
layers) then overlay with 150mm GAP65 aggregate and 
170mm M4 AP40 aggregates. 
25 
3.4  Safety Assessment Form 
26 
un
3.5  Options Economic Evaluation 
27 
3.5.1 
Capital Costs 
27 
3.5.2 
NPV Check 
27 
3.5.3 
Options Assessment Summary 
27 
4.
Part 4 – Detailed Design
28 
4.1  Design Basis
28 
4.2  Traffic
28 
4.3  Pavement Analysis
29 
Released 4.3.1  Empirical  Analysis 
29 
Page 1 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 

 
4.3.2 
Mechanistic Analysis – Treatment Options 
30 
4.3.3 
Ancillary Pavement Works. 
39 
4.4  Geometrics 
39 
4.4.1 
Design Standards 
39 
4.4.2 
Speed Environment 
39 
4.4.3 
Typical Section 
39 
4.4.4 
Horizontal Alignment Design 
39 
4.4.5 
Super-elevation 
40  ct 1982 
4.4.6 
Sight Lines 
40 
4.4.7 
Curve Advisory 
40 
4.4.8 
Vertical Alignment Design 
40 
4.4.9 
Intersections 
41 
ion 
4.4.10  Widening 41 
4.4.11  Safety Improvements 
41 
4.4.12  Safety Audit 
41 
4.4.13  Additional Surfacing Requirement 
41 
4.5  Drainage 
41 
 
 
 
 
e Official Inform
 
un
Released 
Page 2 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 

Executive Summary 
This report presents the results of a site investigation and pavement renewal design 
for a 300m length of pavement on SH1 near the Thorpe Road intersection south of 
Atiamuri. The project is part of the Opus Central Waikato Network Outcome on 
Contract on behalf of NZ Transport Agency for the 2015/2016 construction season.  
The site location is defined as SH1 624 RP 6258-6530. 
ct 1982 
The main driver for rehabilitation is the severe flushing in the wheel tracks that occurs 
in summer due to the high temperatures. This section has 70 to 100mm thick seal 
layer with a binder stone ratio of 18.2 resulting in unstable surface layers, and reducing 
seal life in the last 10 years.  The most recent sandwich seal lasted only 1 month 
before flusing occurred subsequent reseals are also expected to have short lives and 
ion 
thus to increase the seal life to provide adequate texture and skid resistance a 
pavement renewal is required. 
Test pits (see Figure below) show 550mm cover to a pumice subgrade where the top 
100mm is existing unstable seal layers.  The insitu aggregate is Dacite AP40 and the 
RLT test found to have very poor rut resistance.  This poor rut resistance of the insitu 
Dacite aggregate at 6.6% moisture content (considered dry) governed the design 
resulting in thick granular overlays to prevent the Dacite from rutting.  
There is evidence of water trapped between the seal layers and a preference is 
given to removing the seal layers. 
e Official Inform
 
un
Released 
Page 3 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 

 
Introduction 
This report presents the results of a site investigation and pavement renewal design 
for a 300m length of pavement on SH1 near the Thorpe Road intersection south of 
Atiamuri. The project is part of the Opus Central Waikato Network Outcome on 
Contract on behalf of NZ Transport Agency for the 2015/2016 construction season.  
The site location is defined as SH1 624 RP 6258-6530.  
ct 1982 
The reports objectives are to: 
•  Define the motivation for pavement renewal 
•  Summaries of the pavement investigation information, including 
o  Test pits 
ion 
o  Material testing 
•  Recommend suitable pavement renewal design options 
 
 
e Official Inform
 
un
Released 
Page 8 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 


 
1. 
Part 1 – Setting 
Thorpe Road site is a rural State Highway road, located in the Central Waikato 
region.  
A map showing the site location is presented in Figure 1.  
ct 1982 
ion 
 
Figure 1: Location of site 
An inspection of the site was carried out. Key observation from the site are as 
follows: 
•  The surface comprises of multipal chipseal layers that soften in warm 
weather. 
e Official Inform
•  Flushing is in all four wheel tracks (Figure 2). 
 
•  In some areas the flushed chipseal has stucked to tyres and strips removed 
from the wheel tracks (Figure 3). 
•  The geometric alignment is straight (relatively horizontal) with a large radius 
curve.  
un
•  The posted speed limit is 100 km/hr. 
•  This site has had multiple seals due to short lives obtained caused by 
flushing.  Latest sandwhich seal applied in December 2015 flushed within a 
month. 
•  Recent multiple fatality crash site combined with short seal life due to multiple 
soft seal layers prompted this pavement renewal design to ensure the 
applied chipseal surface will have sufficient texture depth to maintain skid 
resistance. 
Released  
Page 9 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


 
2. 
Part 2 – Investigations 
This section summarises the investigations completed to date. 
2.1 
Site Survey 
A walk-over on the site was carried out, defects were continuous wheel track 
flushing and some seal loss due to the seal sticking to the tyres.  
ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
 
 
Released 
Page 14 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 

2.2 
Test pits 
Two test pits were excavated at the site on 9th February 2016. Test pits logs and 
Scala Penetrometer results are presented below, and layer thicknesses and 
descriptions are summarised in Figure 6. 
The tests pits in the rehabilitation section generally show: 
ct 1982 
• 70 to 100 mm flushed and soft chipseal surfacing layers
• 70 mm  of AP40 basecourse aggregates (Dacite)
• 30 mm of old seal
ion 
• 90 mm of AP40 basecourse aggregates (Dacite)
• 35 to 75 mm of old seal
• 115 mm to 140 mm AP65 subbase aggregate (Daci e)
• Subgrade (Pumice).
• Total pavement thickness (includes seal layers) of 550mm with a scala
measured subgrade CBR >13% (note as the subgrade is pumice it is likely
the modulus based on back calculated Falling Weight Deflectometer testing
is 30 to 50 MPa
)
e Official Inform
 
un
Released 
Page 15 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 

 
4. 
Part 4 – Detailed Design 
This section describes the analysis based on the methodology related to the 
accepted option from Part 3. 
4.1 
Design Basis   
Pavement design analysis have been undertaken using the procedures and 
ct 1982 
performance criteria as detailed in the AUSTROADS (2012) Guide to Structural 
Design of Road Pavements, the accompany TNZ (2007) Supplement. The CIRCLY 
v5.0 software has been used for the pavement modelling. 
Resilient modulus and performance criteria for in situ granular basecourse has been 
ion 
derived as per NZ Transport Agency T15 Specification Repeated Triaxial Testing for 
Pavement Materials.  
4.2 
Traffic 
The total Equivalent Standard Axles (ESA) calculated for a  10 and 25 year period is 
4.5 x 106 and 13.0 x 106 respectively.  
 
This ESA  is  determined using traffic data  (supplied by  source) and based on an 
arithmetic growth. 
 
•  AADT   
 
5812 (Source: RAMM 2014) 
•  Direction Factor 
0.5  
•  Growth Rate   
2% (Source: Estimated) 
•  % HCV 
 
23% (Source: RAMM 2014) 
•  ESA per HCV   
67 Drury WIM 
e Official Inform
•  Design Life   
25 years (2012 Austroads Pavement Design Manual) 
 
 
The traffic count estimate information was obtained from RAMM for the 2014 count. 
It is noted as per the NZ  Supplement to the Document, Pavement Design – A Guide 
to the Structural Design of Road Pavements (Austroads, 2004) 2007, the desired 
project reliability if between 90-97.5% for Rural Strategic road. This road type is 
defined as being an arterial and collector road connecting main centres of population 
un
greater than 2,500 vehicles per day. 
Released 
Page 28 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 


ct 1982 
ion 
e Official Inform
 
un
Released 


under the Official Information Act 1982 
Released 



 
 
 
Repeating the analysis with a subgrade CBR of 12% closer to the scala measured 
CBR of 13% results in the same short 1 year li e of the insitu Dacite aggregate as 
shown below with  a CDF of 25.9. 
under the Official Information Act 1982 
Released 
 
Page 31 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 


under the Official Information Act 1982 
Released 



 
 
 
under the Official Information Act 1982 
Released 
 
 
Page 33 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 


 
Tensile Stress Check for cracking 
 
 
Thorpe Road Pavement Renewal Central Waikato NOC 
 
Cemented, E=5000 MPa                                                            
Maximum damage values for each vehicle type 
------------------------------------------- 
Vehicle Type    Damage Factor    Critical Tensile Stress (MPa) 
------------     -------------     --------------- 
ESA750-Full        .11278E+07       -0 81569E+00 
 
Maximum of total damage=     1127803.     
 
 
4.3.2.3 
Option 3 – Remove 100mm seal layer and then 320mm M4 AP40 
Granular Overlay 
under the Official Information Act 1982 
Option 3: 320mm Granular Overlay – 25 year life (230mm for 10 year life) 
•  Step 1: mill  off 100mm existing seal.  
•  Step 2: 320 mm M4 granular overlay for a 25 year life or 230mm for a 10 year 
life 
•  Step 3: 1st coat chipseal and reinstate pavement markings 
•  Step 4: 2nd coat chipseal for surface waterproofness 
 
 
Released 
The design cross-section for this option is detailed below: 
Page 34 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 


under the Official Information Act 1982 
Released 



Figure – CIRCLY analysis 10 year life 
under the Official Information Act 1982 
Released 
Figure – CIRCLY analysis 25 year life 
Page 36 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 


under the Official Information Act 1982 
Released 



 
 
Figure – CIRCLY analysis for 10 year life 
under the Official Information Act 1982 
Released 
 
Figure – CIRCLY analysis for 25 year life 
Page 38 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 

 
 
4.3.3 
Ancillary Pavement Works. 
For construction, pavement needs an outward cross slope of 3.0% to ensure the 
overlying seal can drain out to the shoulders of the road. Reshaping in areas may be 
needed. 
A deep subsoil drain is not needed, where pavement cross-section allows water to 
daylight. 
 
 
 
 
4.4 
Geometrics 
4.4.1 
Design Standards 
The standards used as the basis of the geometric design for this project are:   
• 
2005 NZTA Draft State Highway Geometric Design Manual (SHGDM) 
• 
2009 Austroads Guides to Road Design Part 3: Geometrics (AGRD03-10)] 
4.4.2 
Speed Environment 
This site is located on an open and undulating section of SH 1 between Tokoroa and 
Taupo. The site has an easy right hand curve with no speed restriction located just 
south of the crossroad intersection with Thorpe Road. The speed environment for 
this site is 100km/h. 
4.4.3 
Typical Section 
The design cross section used is two 3.5m lanes with a minimum  of 1.5m sealed 
shoulders both sides. The sealed shoulders widen both sides at Thorpe Road 
intersection to follow the existing edge of seal. Outside of the shoulders a 5:1 feather 
edge leads to 1:1 fill slops to existing ground. 
under the Official Information Act 1982 
4.4.4 
Horizontal Alignment Design 
The horizontal alignment consists of two straights joined with a compound curve of 
approximately 1:2:1 ratio (spiral to curve to spiral). See table below for details. 
 
 
 
Released 
 
 
Page 39 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 


under the Official Information Act 1982 
Released 

 
4.4.8.1 
Sight Distance Criteria 
The existing unrestricted site is unchanged. 
 
4.4.9 
Intersections 
The existing crossroad intersection next to this site is unchanged. 
4.4.10  Widening 
There is no requirement for additional widening at this site.  
 
4.4.11  Safety Improvements 
•  Document agreed safety improvements from the NZTA Safety Engineer to be 
funded from Minor Safety funding. Reference Safety Assessment Form. 
 
4.4.12  Safety Audit 
As there are no significant geometric improvements in this project, a safety audit is 
not required. 
 
4.4.13  Additional Surfacing Requirement 
Additional seal 0.5m wide has been added to the high side of the curve to reduce the 
amount of water getting into the pavement through the unsealed feather edge. 
4.5 
Drainage 
This pavement is well drained but consideration has be given to remove old seal 
layers that trap water and prevent vertical downwards drainage of the granular 
under the Official Information Act 1982 
layers. 
 
 
 
Released 
Page 41 of 46 
12.1.2 Pavement  Renew al Design Report 


 
List of  
Appendices 
Appendix A:  Test Pits and Scalas 
43 
 
 
 
under the Official Information Act 1982 
Released 
Page  42 of 46 


 
Appendix A:  Test Pits and Scala’s 
 
 
 
under the Official Information Act 1982 
Released 
Page  43 of 46 


 
Appendix B:  Material Testing 
 
under the Official Information Act 1982 
Released 
Page  44 of 46