Sustainability in bridge engineering: a life-cycle approach

Structural engineering is undergoing a profound transition toward a life-cycle-oriented design philosophy and embracing the concept of sustainability as one of the major drivers of development and innovation in the construction sector. In this context, bridges and viaducts are critical components of infrastructure systems, as they ensure continuity and functionality of road and railway networks. However, these structures are subjected over time to ageing and deterioration processes which can lead to unsatisfactory structural safety and performance. In this field, efficient design and maintenance strategies are necessary in order to maintain an adequate level of reliability over the entire life of the structure and in order to support decision-makers in advancing a more sustainable construction industry. This thesis investigates the key sustainability concepts by proposing a comprehensive life-cycle sustainability assessment framework based on the three dimensions of sustainability: environmental, economic and social. The proposed methodology is then applied to the life-cycle sustainability assessment of a bridge pier under corrosion. The case study is based on the extension of a structural analysis established in previous works for life-cycle assessment of concrete structures. The results allow to quantify the environmental, economic and social impact associated to different maintenance scenarios and highlight the importance of considering an adequate framework in order to obtain efficient design and maintenance strategies to achieve sustainable structure and infrastructure systems.

L’ingegneria strutturale sta attraversando una profonda transizione verso una filosofia di progettazione orientata all’intero ciclo di vita, integrando il concetto di sostenibilità come uno dei principali motori di sviluppo e innovazione nel settore delle costruzioni. In questo contesto, ponti e viadotti rappresentano componenti critici dei sistemi infrastrutturali, poiché garantiscono la continuità e la funzionalità delle reti stradali e ferroviarie. Tuttavia, queste strutture sono soggette nel tempo a processi di invecchiamento e deterioramento che possono compromettere la sicurezza strutturale e le prestazioni delle opere. In questo ambito, strategie efficienti di progettazione e manutenzione risultano necessarie per mantenere un adeguato livello di affidabilità lungo l’intera vita utile della struttura e per supportare i gestori nello sviluppo di un settore delle costruzioni più sostenibile. Questa tesi indaga i principali concetti di sostenibilità proponendo un quadro metodologico completo per la valutazione della sostenibilità lungo il ciclo di vita, basato sulle tre dimensioni di sostenibilità: ambientale, economica e sociale. La metodologia proposta viene quindi applicata alla valutazione della sostenibilità nel ciclo di vita di una pila da ponte soggetta a corrosione. Il caso studio si basa sull’estensione di un’analisi strutturale sviluppata in lavori precedenti per la valutazione del ciclo di vita delle strutture in calcestruzzo. I risultati permettono di quantificare gli impatti ambientali, economici e sociali associati a diversi scenari manutentivi e mettono in evidenza l’importanza di adottare un quadro metodologico adeguato al fine di definire strategie di progettazione e manutenzione efficienti, volte a conseguire sistemi strutturali e infrastrutturali maggiormente sostenibili.