[en] 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.

[es] 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.