Preventive maintenance treatments on road pavements : multiapproach life cycle assessment

The design of a road means not only considering its geometry and construction, but also developing an accurate maintenance plan throughout its service life, in order to obtain high quality standards and safety. In developed countries the Maintenance Road Plan usually represents a part of the project since the beginning. Many studies demonstrate how maintenance, when applied at the right time, can extend the service of existing roads, and, moreover, the application of maintenance treatments when the pavement is still in good conditions makes interventions very effective. As a conclusion, it has been established that Preventive Maintenance is not only effective from the point of view of the quality of road surfaces, but it is also cost-saving, since it allows the pavement to last longer. Over the years, especially starting from the „90s, interest for environmental problems and greenhouse gasses emissions have increasingly arisen; for this reason some companies have started to promote studies on road sustainability, computing the emissions caused by the production of asphalt, its transportation, storage and laying down process. Many of these studies were related to the production of warm and cold mix asphalts, in order to demonstrate the importance of recovering aggregates from old pavements and to promote recycling. This new understanding of environmental issues has a strong influence on road construction: in fact flexible pavements are made of bitumen, a derivative of oil and rigid pavements are made of concrete, which is also highly impacting. IX This thesis is focused on flexible pavements, aiming to put together two main aspects of road construction: the need to have a cost-effective maintenance plan and the importance of making all the interventions as much sustainable as possible. Therefore it is not only a matter of demonstrating how convenient preventive maintenance is with respect to corrective maintenance alternatives (or even doing nothing), but also of assessing what a sustainable maintenance plan could be. It must be noticed that all the outcomes obtained in the present thesis are related to high level roadways, like highways and high traffic arterial routes. Future researches should be focused on the development of standard procedures and reliable indicators to assess different maintenance strategies. A multifaceted approach should be adopted, considering costs, performance and environmental features. This means that we should be able to quantify the effectiveness of a given project considering all the factors involved in road construction. Sustainability is a good starting point for improving this concept, but other factors like traffic management during maintenance operations, noise reduction and health of the workers should represent other base-aspects of a complete analysis in a long-term assessment. This work shall represent a first attempt towards this direction. In the end some simple new indexes are proposed. The Numbers presented at the end of the case-study represent nothing but three simple concepts, which should be considered as milestones for every work carried out in engineering: quality, affordability and sustainability.

Il progetto di una strada non può e non deve prescindere dalla stesura di un accurato piano di manutenzione. Il protrarsi per periodi piuttosto lunghi della vita di un infrastruttura stradale la lega strettamente alle problematiche della sua conservazione, oltre a rendere il mantenimento di caratteristiche di buona qualità della sua superficie un punto fondamentale. È ormai prassi nei capitolati d‟appalto la stesura, già in sede di Progetto Preliminare, di un “Piano di Manutenzione”, in cui il progettista espone le modalità e la tempistica di intervento per preservare qualità e durevolezza all‟opera da realizzare, cercando di limitare il più possibile le riparazioni e di minimizzare i costi. Molti studi hanno già dimostrato come l‟agire quando la pavimentazione è ancora in buone condizioni consenta di ridurre notevolmente sia l‟ammaloramento, sia i costi sull‟infrastruttura. Benché la letteratura abbondi di ricerche e studi sull‟efficacia della manutenzione preventiva e sul risparmio che essa apporta nel lungo periodo, ben poco è stato fatto riguardo alla tematica preponderante de nuovo secolo: la sostenibilità ambientale. X Da anni vari enti di ingegneria ambientale conducono studi sull‟asfalto, dalla produzione di bitume e aggregati fino alla stesura dello stesso, passando attraverso il trasporto, mixaggio e stoccaggio dei materiali. La presa di coscienza del potere inquinante del bitume e delle sue esalazioni ha portato nel tempo alla creazione di conglomerati bituminosi fabbricati a freddo, al processo di recupero degli aggregati e alla nascita di tecniche di riciclaggio sempre più efficienti. Gli studi sulle emissioni dei gas serra possono anche trovare applicazione nell‟ambito della di scelta tra diversi piani di manutenzione. Una progettazione completa di un‟infrastruttura, se non può prescindere dalla sua conservazione e dai suoi costi, non può neanche fare a meno di considerare l‟impatto che ha sull‟ambiente durante tutta la sua vita utile. Questo studio si propone di dimostrare come la Manutenzione Preventiva, ossia la realizzazione di piccoli interventi pianificati negli anni su una pavimentazione ancora in buono stato, sia preferibile rispetto ad interventi meramente correttivi, più rari ma più invasivi. L‟analisi si muove su tre livelli: quello della qualità del fondo stradale, quello dell‟economicità e quello della salvaguardia dell‟ambiente. Si studieranno i metodi di manutenzione più usati negli Stati Uniti, dove la ricerca in ambito stradale è più avanzata, e si cercherà di relazionare l‟efficacia degli interventi con l‟emissione di anidride carbonica da essi prodotta. Se è vero che la CO2 non rappresenta l‟unico gas serra presente in natura, è anche vero che ci dà quantomeno un‟idea delle emissioni di tutti i gas nocivi presenti nei vari processi di fabbricazione e lavorazione coinvolti. Processi che, peraltro, sono quasi esclusivamente di combustione e quindi simili per loro stessa natura. Verranno creati indici ad hoc per la valutazione congiunta di questi tre aspetti, senza la pretesa di assegnarvi un valore di validità assoluto, se non altro per le differenze di unità di misure usate nei vari tipi di analisi (dal dollaro al chilogrammo di CO2). Questo non significa che non siano di una certa utilità, soprattutto in un‟ottica di pura e semplice comparazione tra diverse strategie di manutenzione. È necessario premettere sin da ora che i risultati ottenuti si confanno alle caratteristiche di autostrade o strade extraurbane principali (e i corrispettivi esteri), caratterizzate da traffico sostenuto e presenza consistente di mezzi pesanti. Questo è dovuto al fatto che gli studi più importanti fatti finora, sia a livello di piani di manutenzione sia a livello di semplice raccolta dati, sono stati portati avanti dai vari ministeri dei trasporti (Department of Transportation, nel caso degli USA) e, in generale, dalle pubbliche amministrazioni, che esercitano controllo diretto sulle infrastrutture stradali più importanti dell‟ area geografica di appartenenza. La direzione che si spera di tracciare con questa tesi è quella di una fase progettuale che coinvolga sempre più aspetti legati “vita” di un‟opera ingegneristica, e che si possano aumentare gli ambiti della progettazione per toccare altri punti cardine di una società in continuo cambiamento, come la gestione e lo smaltimento del materiale fresato, la salute e qualità di lavoro degli operai, l‟assorbimento delle polveri e l‟abbattimento del rumore.