Assessment of pavement-vehicle interaction impact on sustainability of road networks

The problem of greenhouse gases (GHGs) emissions has been more relevant since the first half of 1990s. People and authorities became more sensitive about this topic and this trend led to the signing of international environmental treaties such as Kyoto and subsequently Doha protocols. For this reason, the amount of GHG emission is becoming a crucial ranking parameter in the decision making process and therefore, the evaluation of the life cycle emissions of any man-side activity is of growing interest. Amongst those activities, transportation networks play an important role. In particular, due to their significant contribution, future development of roadways network requires an accurate correlation between pavement performance and life cycle energy use. In this framework different models to quantify the energy dissipation due to the use of phase pavement-vehicle interaction (PVI) have been developed. This analysis focused on the PVI mechanistic models for estimation of deflection and roughness-induced excess fuel consumption. Moreover, models show how energy dissipation scales with pavement and traffic properties. Then, roughness model has been applied to two case studies set in Arizona, U.S. and in Italy using recorded roughness and traffic data over a period of four years. Due to the non linearity of the models, the calculated dissipation is expected to be dependent on input data resolution and therefore, in order to improve its accuracy, a sensitivity analysis is illustrated for the deflection PVI model. Such analysis could be useful to assess approximations due to discrepancies between supposed and recorded real inputs. Finally, streamlined examples to assess the impact of the deterioration of the pavement properties on deflection and roughness-induced fuel consumption were carried out. In particular, pavement deterioration was respectively linked to a time dependent stiffness reduction and roughness increase.

Il problema delle emissioni di gas serra è stato recepito come rilevante a partire dagli anni Novanta del secolo scorso. Da allora, la sensibilità dell'opinione pubblica e delle autorità è aumentata portando alla firma di trattati internazionali in materia ambientale come i protocolli di Kyoto e di Doha. Per questo, la quantità delle emissioni di gas serra sta divenendo sempre più un parametro cruciale nei processi decisionali rendendo la stima di tali emissioni di una qualsiasi attività antropica una variabile di sempre maggiore interesse. Tra queste attività, un ruolo importante è assunto dal settore dei trasporti. In particolare, a causa del loro significativo contributo, lo sviluppo futuro delle reti stradali necessita una sempre più accurata correlazione tra performance offerte e consumo energetico all'interno del loro ciclo di vita. In tale contesto sono stati sviluppati molti modelli per quantificare la dissipazione di energia che incorre anche durante la use-phase a causa dell'interazione tra pavimentazione e veicolo (PVI). Questa analisi si è focalizzata su modelli per la stima del consumo di carburante indotto dalla deflessione della pavimentazione e dalla sua rugosità. Essi mostrano come la dissipazione di energia dipenda dalle proprietà della pavimentazione e dalle caratteristiche del traffico che la interessa. A titolo di esempio, sono presentati due casi studio dalle reti stradali dell'Arizona e dell'Italia i quali dati di rugosità della pavimentazione sono utilizzati per stimare il consumo di carburante dovuto a tale meccanismo dissipativo. A causa della non linearità di tale modellizzazione, ci si aspetta che le variabili di output siano dipendenti dalla risoluzione delle variabili di input. Per migliorare l'accuratezza della stima della dissipazione dovuta al fenomeno della deflessione è stata svolta un'analisi di sensitività. In seguito, è presentato un preliminare modello per la stima degli effetti del deterioramento della pavimentazione nel tempo sul consumo di carburante. In particolare, tale deterioramento è stato rappresentato da una diminuzione nel tempo della rigidezza della sovrastruttura stradale e dall'aumento della sua rugosità.