@misc{10481/72871,
year = {2022},
url = {http://hdl.handle.net/10481/72871},
abstract = {The roadway sector is one of the largest players for the development of society and the economy.
However, as it stands, the construction of road pavements uses large amounts of virgin materials
(some of which are fossil-based) and consume quite a large amount of thermal energy with nonrenewable
fuels too. Considering the growing climate crisis, there is an urgent need for the cleaner
production of these assets and for project managers and pavement practitioners to be able to make
informed and reliable environmental decisions. In this regard, life-cycle assessment (LCA) has gained
traction across various sectors, and has been recommended by the European Commission in its
Communication on Integrated Product Policy as the most appropriate framework for assessing the
environmental impacts of products.
Although pavement LCA was first conceived at the turn of the 21st century, it is not yet considered a
part of project tenders and is primarily a voluntary exercise thus far. This can be related to a variety
of factors, some of which are associated with the data needed (availability, uncertain reliability and
high costs) and lack of result interpretation for non-experts. With this in mind, the limited adoption of
LCA is understandable given that impact reporting requires the declaration of assessment results and
data sources used, as well as their quality (according to standards such as EN 15978 and ISO 14040).
The former is fundamental for reporting, yet practitioners lack support structures for interpreting the
impacts found and how influential or beneficial an alternative, more sustainable replacement material
or process may be. While the latter is key for understanding how precise and reliable a result is, it is
not yet fully understood how data variability and uncertainty can affect the final results, or which
processes contribute the most to them, especially in regards to open-source data. Therefore, as it
stands, there is a current need for the improvement of environmental pavement LCA in these regards.
As a result, this doctoral thesis aims to optimise pavement LCA by quantifying the relative importance
of its parameters on final results and to provide solutions to better interpret design alternatives.
Through this aim, more intuitive, informed and reliable environmentally-friendly pavement designs
can be made, and in turn facilitate faster environmentally-sustainable decisions. This was addressed
via a three-step approach: 1) state-of-the-art on sustainability- and LCA-based requirements in
sustainable roadway rating systems, 2) identification of the associated risks of using open-source data
via a variability and uncertainty analysis, 3) analysis of the cost-effectiveness of pavement design
climate change mitigation strategies considering alternative pavement materials and production
methods at the product and life-cycle level.
Results of this thesis indicate that pavement LCA uncertainty could be reduced by the careful selection
of material and mixture production data sources, given that these input parameters provided the
largest uncertainties and influence on final results. Additionally, to environmentally optimise asphalt
pavement design, replacing virgin aggregates with high amounts of reclaimed asphalt pavement (RAP)
(beyond 30-50wt%) was found to be the most cost-effective solution, considering residual binder and
rejuvenators. At lower RAP amounts (0-30wt%), the use of lower-temperature manufacturing or crumb
rubber additives should be considered; the latter if a modified mixture is desired. Further greenhouse
gas and cost savings were found from combining mitigation strategies for the case studies considered.},
abstract = {El sector de la carretera es uno de los mayores protagonistas en el desarrollo de la sociedad y la
economía. En la actualidad, en la construcción de pavimentos de carreteras se utilizan grandes
cantidades de recursos naturales (algunos de ellos de origen fósil) y se consume gran cantidad de
energía, cuyo origen no siempre es renovable. A la vista de la actual crisis climática, es necesario
plantear modelos productivos de firmes más sostenibles y que los gestores de proyectos y los
profesionales de los pavimentos sean capaces de tomar decisiones medioambientales en base a
información contrastada y fiable. En este sentido, el análisis del ciclo de vida (ACV) ha ido ganando
protagonismo en diversos sectores, y ha sido recomendado por la Comisión Europea en su
Comunicación sobre la Política de Productos Integrada para el diseño ecológico de los productos.
Aunque la aplicación del ACV de pavimentos comenzó a principios del siglo XXI, todavía no se ha
incluido de forma general en el diseño de los mismos y menos aún en los procesos de licitación pública,
siendo su uso meramente voluntario. Ello puede deberse a distintos factores, algunos de los cuales
están relacionados con los datos ambientales necesarios (disponibilidad, fiabilidad incierta y costes
elevados) y la dificultad de interpretación de los resultados para los no expertos. Teniendo esto en
cuenta, la limitada adopción del ACV es comprensible, dado que los informes de impactos requieren
la declaración de los resultados de la evaluación y de las fuentes de datos utilizadas junto con su
calidad (según las normas como la EN 15978 y la ISO 14040). Lo primero es fundamental para la
aplicación de la metodología de ACV, y lo segundo es clave para entender lo preciso y fiable que es un
resultado. A fecha de hoy no se conoce en profundidad cómo la variabilidad e incertidumbre de los
datos afecta a los resultados finales, o qué procesos contribuyen más a ellos; especialmente en el caso
de los datos de fuente abierta. Teniendo en cuenta estas dos circunstancias, es evidente la necesidad
de mejorar el ACV de los pavimentos.
En consecuencia, el objetivo principal de esta tesis doctoral es de optimizar la aplicación del ACV en
pavimentos cuantificando la importancia relativa de sus parámetros en los resultados finales y aportar
soluciones para interpretar mejor las alternativas de diseño. De esta manera se podrán realizar
diseños de firmes más alineados en la variable medioambiental y por ende más sostenibles. Para
asegurar este objetivo principal se han planteado tres objetivos segundarios, que son: 1) la
comprensión de los requisitos actuales de sostenibilidad y ACV a nivel de proyecto, mediante la
revisión de los sistemas de calificación sostenible de carreteras y sus créditos basados en el ACV, 2) la
identificación de los riesgos asociados al uso de datos de acceso libre y cuáles son los parámetros más
influénciales a través de un análisis de variabilidad e incertidumbre, y 3) el análisis de la rentabilidad
de las estrategias de mitigación del cambio climático para el diseño de pavimentos considerando
materiales y métodos de producción alternativos a nivel del producto y el ciclo de vida.
Los resultados de esta tesis indican que la incertidumbre a la hora de aplicar el ACV a pavimentos se
podría reducir mediante la selección adecuada de las fuentes de datos de producción de materiales y
fabricación de mezclas, dado que sobre estas fases del análisis recaen las mayores incertidumbres e
influencias en el impacto final. Adicionalmente, para optimizar medioambientalmente el diseño de las
mezclas asfálticas utilizadas en los pavimentos, la sustitución de los áridos naturales por altas
cantidades de RAP (más del 30-50%) resultó ser la solución más rentable, teniendo en cuenta el betún
residual y los productos rejuvenecedores necesarios para su correcto diseño. Con cantidades
inferiores de RAP (0-30%), deberían considerarse el uso de técnicas de fabricación a baja temperatura
o el uso de polvo de caucho de neumáticos fuera de uso como aditivo (esto último si se desea una
mezcla modificada). La combinación de las estrategias estudiadas mejoraría la reducción global de la
emisión de gases de efecto invernadero, así como de los costes asociados.},
organization = {Tesis Univ. Granada.},
publisher = {Universidad de Granada},
keywords = {Sustainable pavements},
keywords = {Civil engineering},
keywords = {Pavimentos sostenibles},
keywords = {Ingeniería civil},
title = {Optimising the evaluation of sustainable pavements: a life-cycle assessment approach},
author = {Mattinzioli, Thomas Arthur},
}