Pavement preventive maintenance : USA approach

Traditional asphalt pavement maintenance practices in the U.S.A. have typically been dedicated to corrective and reactive measures as opposed to preventive measures. We can say that “corrective maintenance” treatments include a wide range of processes, from costly full-depth reconstruction, structural replacements, to relatively inexpensive surface treatments. The temporal relationship between such maintenance activities and life-cycle cost has been well documented by many pavement experts in recent years, and most highway agencies have adopted asset management systems that address this relationship, if not in reality, then at least in concept. However, most highway agencies have not yet embraced the potential benefits of pavement preventive treatments. Although preventive surface maintenance treatments are common in most non-pavement applications (we paint our homes, our cars, our bridges, etc.), this concept is not currently fully implemented in roadway applications because of various factors discussed in this paper. As other construction materials, the properties of asphalt binders change over time as a result of oxidation and hardening. This process is accelerated by the presence of water and sunlight. The resulting distress in pavements is most often manifest as cracking, and/or raveling of the pavement surface. Corrective maintenance treatments focus mainly on the repair and rehabilitation of such distresses. A preventive maintenance strategy recognizes the merits of applying preventive surface treatments to almost newer, good quality pavements to cost effectively retard the aging process, thereby greatly reducing the need for more expensive corrective measures in the future. The first part of this work wants to give a quick view about how Pavement Preventive Maintenance is considered and embraced in the U.S.A, with a clear comparison between “pavement preservation” and “preventive maintenance” concepts. The most common PPM Treatments adopted by State Highway Agencies are also presented and discussed in this paper. The second part provides an overview of PPM evaluation using engineering economic analysis tools, as Life-Cycle Cost Analysis, with in-depth discussion of its key issues including selection of an appropriate analysis period, discount rate, agency and user costs computing, etc. A comparison between “Virginia Department of Transportation standard maintenance approach” and a Preventive Maintenance strategy, adopting Microsurfacing treatment, is presented in the third and last part. The aim of this study, conducted following a deterministic Life-Cycle Cost Analysis approach and using RealCost by FHWA as software tool, was to demonstrate the possible cost effective benefits of a preventive maintenance strategy, applied on a 1-mile-section of the Interstate 81, Virginia. Most of this work was investigated in Virginia Tech Transportation Institute, with the supervision and insights of the Director of the Center of Sustainable Transportation Infrastructures, Dr. Gerardo W. Flintsch.

La tradizionale manutenzione delle pavimentazioni stradali flessibili negli U.S.A. è stata sempre tipicamente dedicata a misure correttive e reattive piuttosto che preventive. Si può affermare che i trattamenti di manutenzione correttiva includono una vasta gamma di interventi, da totali e costose ricostruzioni, a interventi strutturali fino a trattamenti superficiali relativamente poco costosi. La relazione temporale tra queste attività manutentive e i costi nel ciclo di vita è stata ben documentata negli ultimi anni da molti esperti di pavimentazioni , e molte Agenzie stradali hanno adottato degli “asset management system” seguendo questa relazione, se non nella realtà, quantomeno in teoria. D’altro canto la maggior parte di queste agenzie non ha ancora accolto il potenziale beneficio dei trattamenti di manutenzione preventiva per pavimentazioni. Anche se le attività di manutenzione preventiva superficiale sono comuni in molte applicazioni non stradali (noi dipingiamo le nostre case, le nostre macchine, i ponti, ecc.) , questo concetto non è ancora applicato totalmente nel settore stradale per svariati motivi, discussi in questo elaborato. Come per gli altri materiali, le proprietà dei bitumi cambiano nel tempo a causa di ossidazione ed indurimento. Questo processo viene accelerato con la presenza di acqua e luce solare. Gli ammaloramenti risultanti sulla pavimentazione si manifestano spesso come fessure e/o sgranamenti della superficie stradale. Gli interventi di manutenzione correttiva si focalizzano principalmente nella riparazione e riabilitazione di questi ammaloramenti (già avvenuti). Una strategia di manutenzione preventiva prevede invece l’applicazione di trattamenti superficiali a pavimentazioni quasi nuove, ocomunque ancora in buone condizioni al fine di ritardare efficacemente il processo di invecchiamento, riducendo quindi il bisogno di una manutenzione correttiva più costosa nel futuro. La prima parte di questo lavoro vuole fornire un breve inquadratmento di come la manutenzione preventiva sulle strade viene considerata ed adottata negli U.S.A, chiarendo la differenza tra il concetto di “pavement preservation” e “preventive maintenance” . Vengono inoltre presentati e discussi i più comuni trattamenti utilizzati dalle Agenzie stradali dei vari Stati. La seconda parte dell’elaborato si occupa di come viene valutata la manutenzione preventiva, attraverso analisi ingegneristico-economiche, come l’analisi dei costi nel ciclo di vita (LCCA), attraverso una dettagliata descrizione dei fattori chiave caratterizzanti l’analisi stessa, quali il periodo di analisi, il tasso di sconto, costi d’agenzia e per gli utenti, ecc. Nella terza ed ultima parte viene presentato un confronto tra l’approccio di manutenzione normalemnte adottato presso il Dipartimento dei Trasporti dello Stato della Virginia (VDOT) e una possibile strategia di manutenzione preventiva, adottando il trattamento Microsurfacing. Lo scopo dello studio, condotto seguendo un approccio deterministico di LCCA e utilizzando il software RealCost promosso dalla FHWA per la computazione dei costi, era quello di dimostrare la possibile convenienza economica nell’adottare una strategia di tipo preventivo, applicata su una sezione (1 miglio) della Interstate 81, Virginia (equivalente ad una autostrada Italiana per geometria, struttura e traffico). Gran parte di questo lavoro è stato svolto presso il Virginia Tech Transportation Institute, con la supervisione ed i consigli del Direttore del Centro delle Infrastrutture di Trasporto Sostenibili, Dr. Gerardo W. Flintsch.