Life cycle analysis of preventive maintenance treatments on road pavements : costs, performance, and environmental impacts

The present thesis aims to investigate an innovative technique for maintaining pavement assets acting proactively before distresses become relevant: the preventive maintenance. Several innovative maintenance treatments will be presented and analyzed according to three main features: cost, performance or effectiveness, and environmental impacts. The cost analysis part takes into account outflows over the service life of the pavement according to the well-known Life Cycle Cost Analysis methodology. The cheapest maintenance technique over the analysis period was expounded and several sensitivity analyses to main involved factors were therefore conducted. Performance assessment was developed according to experimental on site data gathered and analyzed over several years. Deterioration models, before and after maintenance treatments were placed, are presented. Effectiveness of preventive maintenance treatments is further provided and compared to the volume of traffic. Finally, emissions and embodied energies related to preventive maintenance treatments and related strategies were analyzed. Emissions were computed over the life cycle of the pavement from the manufacture of raw materials for the initial construction, placement, and maintenance phase. In particular, emissions related to preventive maintenance treatments were assessed. Outcomes showed that preventive maintenance is a useful technique for preserving pavement assets increasing their service lives and saving money and emissions; in addition, results suggested that a more comprehensive approach including performance and environmental impacts may help analysts and decision makers to more accurately define long term maintenance and rehabilitation plans.

L’elaborato di tesi si focalizza sull’innovativa tematica della manutenzione preventiva per le pavimentazioni stradali, secondo la quale si interviene prima che gli ammaloramenti sulla pavimentazione diventino evidenti. Diversi trattamenti sono stati analizzati dal punto di vista dei costi, delle performance e dell’impatto ambientale. L’analisi dei costi è stata effettuata secondo la ben nota tecnica della Life Cycle Cost Analysis che valuta le spese relative ad una strategia o all’adozione di un determinato trattamento di manutenzione sull’intero ciclo di vita della pavimentazione. L’analisi dell’efficacia dei trattamenti della manutenzione preventiva, ovvero lo studio della loro performance a lungo termine, è stata effettuata mediante la valutazione di dati sperimentali relativi a sezioni di pavimentazione in vera grandezza. Da questi sono state ottenute curve di degrado pre e post trattamento di manutenzione. Infine, lo studio delle caratteristiche ambientali dei trattamenti di manutenzione preventiva è stato sviluppato considerando le emissioni inquinanti relative alla produzione dei materiali, alla loro posa in opera ed alle attività di manutenzione lungo l’esercizio della sovrastruttura. Le calcolazioni effettuate consentono di stabilire che la manutenzione preventiva sulle pavimentazioni stradali permette un risparmio economico, incrementando la durata delle pavimentazioni e diminuendo al contempo gli inquinanti ambientali. Inoltre, una valutazione di tipo multi-criterio permette una migliore consapevolezza ed efficacia delle scelte effettuate dai pianificatori.