Pavement management system : analisi ed implementazione in casi studio internazionali e nazionali

A Pavement Management System (PMS) is a tool used to plan the maintenance treatments applied to the road facility. Its correct planning allows a Public Administration to manage the funds and to increase the pavement life, retarding future deterioration and maintaining the pavement performance over a certain desirable level. The aim of the present work is to show the effectiveness of a PMS, in terms of the relationship between benefits and costs. In order to do this, a Life Cycle Cost Analysis (LCCA), including agency costs, user costs as well as benefits, is considered. It provides a comparison of different strategies over 40 years. Nevertheless, the final answer to the decision-making process does not rely only on LCCA results, but it is based on several issues, most of them regarding political needs and funding availability. Agency costs include all costs incurred directly by the agency over the life of the project. They typically include construction costs, resurfacing and rehabilitation costs, materials and equipment costs. User costs are an aggregation of three separate cost components: Vehicle Operating Costs (VOC), Travel Time Costs (TTC) and Accident Costs (AC). Benefits can be evaluated simply by measuring the area under the pavement performance curve for an alternative. This analysis uses an index, called Cost-Effectiveness Ratio (CER), computed as the ratio between the LCCA benefit of a strategy and the its total cost. The case study analysed is based on a real road network in the Robeson County, North Carolina. Three different strategies with the same initial condition, but different maintenance interventios over their life-cycles, are considered. The first strategy is called Determine Budget Consequences, the second Maintain Current PCI and the third Minimum Condition (this last strategy does not use any preventive maintenance treatments). The comparison regarding these three strategies shows that the two alternatives using preventive maintenance treatments have the highest CER values and the strategy using no preventive maintenance has the worst CER values. Actually no PMS is used by Public Administration in Italy, preferring the adoption of a strategy, known as worst first. This is not based on scientific-economical principles, but it consists of allocate funds without a long-term view and without a costs-benefits evaluation. This work shows one of the better European PMS: the Bavarian PMS. It could be used as a valid example for the Italian PMS development. Finally, the work contains a roughness prevision model, developed using the International Roughness Index (IRI), for an Italian highway. It could be a little first step for future researches regarding user costs, because the effect of pavement condition on user operating cost is not well documented.

Il Pavement Managemet System (PMS) è un modello di gestione degli interventi di manutenzione che le pavimentazioni di una rete stradale dovranno subire nel corso del tempo. Gli USA rappresentano un’eccellenza in materia di PMS poiché hanno saputo estendere i risultati teorici e sperimentali raccolti dall’AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) anche all’ambito della gestione delle pavimentazioni stradali. Diversi altri paesi nel mondo hanno sviluppato ed adeguato le ricerche scientifiche alla propria realtà infrastrutturale, come ad esempio Canada, Australia, Nuova Zelanda e Danimarca; l’Italia, purtroppo, non rientra tra i paesi appena citati poiché non possiede ancora alcun criterio o norma capace di organizzare i fondi destinati alla manutenzione. La corretta pianificazione degli interventi di manutenzione in funzione del budget disponibile, infatti, consente di ritardare i processi di degrado agenti sulla pavimentazione, garantendone maggiore funzionalità e prolungandone la vita utile. L’obiettivo del seguente elaborato è dimostrare l’efficacia derivante dall’adozione di un valido PMS in termini del rapporto tra i costi necessari a sostenere i trattamenti di cui la rete ha bisogno e i benefici da essi derivanti. A tal fine si propone l’analisi numerica di una rete esistente e discutendone criticamente i risultati. La rete scelta per mostrare la struttura operativa di un PMS è la rete stradale della Contea di Robeson situata nel North Carolina. Il North Carolina possiede uno dei Pavement Management System più all’avanguardia degli Stati Uniti, grazie alle innumerevoli ricerche condotte sulle diverse tipologie di degrado esistenti. I risultati ottenuti hanno portato allo sviluppo di un proprio indicatore globale delle condizioni in cui versa una pavimentazione stradale, che prende il nome di PCR (Pavement Condition Rating). Inoltre, il North Carolina Department of Transportation (NCDOT) ha elaborato anche una serie di modelli di previsione ed evoluzione del degrado per le diverse tipologie di strade che compongono la rete del North Carolina ed ha illustrato un’esaustiva metodologia operativa per la valutazione dei costi associati all’utenza. I risultati del modello concepito in North Carolina sono stati sfruttati per migliorare la precisione dell’analisi della scelta; come si potrà osservare in seguito, i risultati ottenuti dall’analisi benefici-costi mostrano netti miglioramenti associati alle strategie che prevedono interventi di manutenzione preventiva, al contrario di quelle strategie che si limitano a realizzare semplici interventi di ricostruzione. L’elaborato si apre presentando il concetto di PMS e delineando un efficace modello di analisi benefici-costi, noto in letteratura con il nome di Life Cycle Cost Analysis (LCCA), adatto alla comparazione di diverse strategie di manutenzione proposte dal sistema. Uno dei punti di forza del Pavement Management System, infatti, è costituito dalla diretta comparazione tra i costi delle strategie programmate e i relativi benefici, che consente di scegliere l’alternativa più efficace. L’LCCA consente di paragonare l’effetto in termini di costi e benefici associati ad una data strategia manutentiva lungo un orizzonte temporale esteso (generalmente 40 anni). Le tipologie di costi che devono essere considerati in un’analisi LCCA sono due: i costi d’agenzia ed i costi associati all’utenza. I primi costituiscono quei costi che dovranno essere sostenuti per realizzare i trattamenti necessari (materiali, manodopera, macchinari) mentre i secondi quell’insieme di costi che si ripercuotono direttamente sull’utente (costi associati al veicolo, ai perditempo e all’incidentalità). L’analisi dei costi d’agenzia è stata condotta con il software Paver, grazie al quale è stato possibile quantificare ciascun tipo di degrado, calcolandone il relativo indicatore specifico, e poi programmare ed ottimizzare le diverse strategie d’intervento da realizzare lungo la rete della Contea di Robeson. Prima di procedere con l’analisi, è stato tuttavia necessario definire il modello di evoluzione del degrado più opportuno; tale operazione ha richiesto una lunga discussione in merito all’adozione di diversi modelli possibili. L’analisi dei costi dell’utenza, invece, è stata realizzata seguendo il manuale redatto dalla Federal Highway Administration (FHWA), riadattandolo alla realtà specifica del North Carolina. Il software impiegato durante l’analisi è Real Cost; grazie ad esso si sono potuti stimare i costi associati all’utenza in termini di costi del veicolo e perditempo. Il costo d’incidentalità (terzo elemento costituente i costi associati all’utenza) è stato calcolato separatamente seguendo le direttive della FHWA e poi sommato ai valori di output forniti da Real Cost, consentendo cosi la determinazione dei costi totali dell’utenza. Noti tali costi lungo tutto il periodo di comparazione di 40 anni definito, si sono calcolati i costi totali effettuando la somma dei due e valutandone i benefici; la quantificazione del beneficio può essere attribuita all’area sottesa da un ciclo di manutenzione. L’esito della comparazione tra le diverse strategie ha dimostrato che: i valori più alti del rapporto tra benefici e costi si riferiscono alle strategie che includono interventi di manutenzione preventiva; al contrario, strategie che considerano soltanto la mera ricostruzione risultano più costose e comportano un beneficio minore. I risultati dell’analisi condotta mostrano tutti i vantaggi legati da una corretta gestione delle risorse destinate alla manutenzione della rete stradale e si presenta, dunque, come valido esempio di PMS. La realtà italiana, come già anticipato, non adotta alcun criterio di tipo scientifico-economico per gestire le già scarse risorse destinate alla manutenzione, preferendo la politica del “worst-first” (che in letteratura significa sanare prima le situazioni peggiori); si è dunque proposto un altro esempio di buon PMS, il PMS della Baviera, che l’Italia potrebbe considerare nello sviluppo di un proprio sistema. A conclusione dell’elaborato si è proposto lo sviluppo di un modello previsionale per l’indicatore IRI (associato all’irregolarità superficiale) relativo ad un’autostrada italiana. Tale modello potrebbe costituire la base di ricerche future orientate alla determinazione del legame esistente tra irregolarità superficiale e consumi di carburante, poiché ad oggi gli studi in merito risultano essere poco esaustivi.