Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην έννοια της βιωσιμότητας (sustainability) ως αποτέλεσμα της έντασης των προβλημάτων όπως οι κλιματικές αλλαγές, η ατμοσφαιρική ρύπανση, ο θόρυβος, τα ατυχήματα, οι οικολογικές επιπτώσεις, οι ανισότητες, η εξάντληση των φυσικών πόρων και η κυκλοφοριακή συμφόρηση. Προκειμένου να ενσωματωθεί η έννοια της βιωσιμότητας στη διαδικασία λήψης αποφάσεων, που αφορούν τα συγκοινωνιακά έργα, απαιτείται η μετάφραση του όρου και των αρχών της βιωσιμότητας σε συγκεκριμένους στόχους, πολιτικές και μεθόδους αξιολόγησης. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου πλαισίου για την εκτίμηση της βιωσιμότητας των οδικών συγκοινωνιακών έργων, μέσα από τη αξιολόγηση των επιπτώσεών τους. Πιο συγκεκριμένα επιχειρείται η δημιουργία ενός υπολογιστικού μοντέλου, το οποίο θα μπορεί να αποδώσει χρηματικά το συνολικό οικονομικό «αποτύπωμα», που προκύπτει κυρίως από περιβαλλοντικές, αλλά και κοινωνικές και οικονομικές επιπτώσεις ενός οδικού συγκοινωνιακού έργου. Το προτεινόμενο πλαίσιο αναπτύσσεται σε 4 στάδια, τα οποία περιλαμβάνουν την επιλογή των επιπτώσεων-δεικτών των οδών, τη ποσοτικοποίησή τους, την αποτίμησή τους σε χρηματικές μονάδες και τέλος την ενσωμάτωσή τους σε δύο τελικούς δείκτες για τη διευκόλυνση χρήσης και ερμηνείας των αποτελεσμάτων. Το πρώτο στάδιο περιλαμβάνει την επιλογή των κατάλληλων επιπτώσεων-δεικτών για την αξιολόγηση της βιωσιμότητας μετά από μια πλήρη ανάλυση των επιπτώσεων των οδών στο περιβάλλον (φυσικό και ανθρωπογενές). Μέσω μιας διαδικασίας 4 βημάτων, επιλέγονται 11 δείκτες βιωσιμότητας, λαμβάνοντας υπόψη όλα τα στάδια παραγωγής έργων οδοποιίας, από τον σχεδιασμό και την κατασκευή μέχρι τη λειτουργία και τη συντήρηση. Στη λίστα των 11 δεικτών περιλαμβάνονται δείκτες όπως οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, η κατανάλωση καυσίμου, ο θόρυβος, τα ατυχήματα και το κόστος "κυρίου" του έργου και χρήστη, που έχουν χρησιμοποιηθεί γενικά σε μελέτες συγκοινωνιακών έργων και συστημάτων, καθώς επίσης και δείκτες όπως οι οικολογικές επιπτώσεις, η εξάντληση των φυσικών πόρων (αδρανών), η προσπελασιμότητα και ο χρόνος μετακίνησης, που έχουν ιδιαίτερη σημασία στα έργα οδοποιίας, και οι οποίοι συχνά αγνοούνται. 7 Το δεύτερο στάδιο περιλαμβάνει την ποσοτικοποίηση των επιπτώσεων-δεικτών αυτών χρησιμοποιώντας μοντέλα από τη βιβλιογραφία, τα οποία συσχετίζουν τους δείκτες αυτούς με τα γεωμετρικά και κυκλοφοριακά χαρακτηριστικά της οδού και τα τοπογραφικά και μετεωρολογικά χαρακτηριστικά της ευρύτερης περιοχής του έργου. Στο τρίτο στάδιο γίνεται η οικονομική αποτίμηση των δεικτών, ώστε οι δείκτες που έχουν εκφραστεί σε διαφορετικές μονάδες κατά την ποσοτικοποίησή τους να κανονικοποιηθούν για να εισαχθούν στους τελικούς δείκτες βιωσιμότητας. Τέλος, στο τέταρτο στάδιο αναπτύσσονται οι δύο τελικοί δείκτες βιωσιμότητας οδών, από τους οποίους ο πρώτος αφορά το συνολικό ετήσιο κόστος όλων των επιπτώσεων-δεικτών, που λαμβάνει υπόψη το μοντέλο, ενώ ο δεύτερος προκύπτει από το συνολικό ετήσιο κόστος όλων των επιπτώσεων-δεικτών διαιρεμένο με τα ετήσια οχήματα της οδού. Εκτός, από τους δύο αυτούς βασικούς δείκτες, το μοντέλο καταλήγει και σε άλλους δύο δευτερεύοντες δείκτες, οι οποίοι είναι το συνολικό ετήσιο κόστος όλων των επιπτώσεων-δεικτών ανά χιλιόμετρο οδού και ανά ετήσια οχηματο-χιλιόμετρα. Έτσι, χρησιμοποιώντας αυτούς τους δείκτες μπορεί να διευκολυνθεί σημαντικά η ερμηνεία των αποτελεσμάτων και η χρήση τους στην αξιολόγηση και σύγκριση εναλλακτικών λύσεων. Ο οικονομικοί δείκτες βιωσιμότητας οδών, που αναπτύσσονται, αποτελούν ένα χρήσιμο εργαλείο για την αξιολόγηση νέων οδικών έργων, τη στήριξη αποφάσεων συντήρησης και ανακατασκευής υπαρχόντων οδικών έργων ή την αξιολόγηση εναλλακτικών έργων με βάση τη βιωσιμότητα. Η εφαρμογή του μοντέλου αυτού με δεδομένα, που προσομοιώνουν στοιχεία πραγματικών οδών, εξήγαγε λογικά αποτελέσματα γεγονός που υποδεικνύει ότι το προτεινόμενο μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της βιωσιμότητας των οδών ή την αξιολόγηση εναλλακτικών σχεδιασμών-κατασκευών οδών. Το προτεινόμενο πλαίσιο διερευνώντας τις επιπτώσεις από τα διάφορα στάδια παραγωγής έργων οδοποιίας στη βιωσιμότητα οδηγεί στην ανάπτυξη δύο βασικών και δυο δευτερευόντων δεικτών βιωσιμότητας. Ο δείκτες αυτοί θα αποτελέσουν πολύτιμο εργαλείο για την αξιολόγηση νέων οδικών έργων, τη στήριξη αποφάσεων συντήρησης και ανακατασκευής υπαρχόντων οδικών έργων ή την αξιολόγηση εναλλακτικών έργων με βάση τη βιωσιμότητα. / --

Τα συστήματα διαχείρισης οδοστρωμάτων χρησιμοποιούνται ευρύτατα από τους φορείς οδοποιίας και συνεχώς βελτιώνονται επειδή μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντική εξοικονόμηση κεφαλαίου και σε υψηλά επίπεδα εξυπηρέτησης του οδικού δικτύου. Στόχος τους είναι η αξιολόγηση των αποφάσεων συντήρησης και διαχείρισης των οδοστρωμάτων για την αποτελεσματική κατανομή των περιορισμένων διαθέσιμων πόρων. Τα σύγχρονα συστήματα που έχουν αναπτυχθεί χρησιμοποιούν μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης για την επίλυση του προβλήματος αφού αποτελούν ισχυρά εργαλεία βελτιστοποίησης με μεγάλες υπολογιστικές ικανότητες. Η πλειοψηφία των συστημάτων που έχουν δημιουργηθεί εντοπίζει τη βέλτιστη λύση που ελαχιστοποιεί το κόστος συντήρησης χωρίς να λαμβάνεται υπόψη το αντίκτυπο της επιδείνωσης της κατάστασης του οδοστρώματος στο χρήστη και στο περιβάλλον. Ωστόσο, τα σύγχρονα οδικά έργα είναι αναγκαίο να χαρακτηρίζονται από βιωσιμότητα που απαιτεί την ελαχιστοποίηση των αρνητικών επιπτώσεων που οφείλονται στην κατάσταση του οδοστρώματος. Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος διαχείρισης οδοστρωμάτων το οποίο αποσκοπεί στην παροχή υποστήριξης αποφάσεων για τις κατάλληλες στρατηγικές συντήρησης ώστε να εξασφαλιστούν αποδεκτά επίπεδα ασφάλειας και λειτουργικότητας του δικτύου των αυτοκινητοδρόμων στη διάρκεια του χρόνου καθώς και μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Το μοντέλο που παρουσιάζεται δεν περιορίζεται μόνο στο κόστος συντήρησης, όπως οι περισσότερες μελέτες, αλλά επικεντρώνεται στο γενικευμένο κόστος που περιλαμβάνει το κόστος συντήρησης, το κόστος χρήστη και το περιβαλλοντικό κόστος. Το κόστος χρήστη αποτελείται από το κόστος λειτουργίας οχήματος, το κόστος μετακίνησης και το κόστος ατυχημάτων. Το κόστος του περιβάλλοντος συνίσταται από το κόστος εκπομπής των αέριων ρύπων, το κόστος θορύβου και το κόστος στην οικονομική, κοινωνική και πολιτική ζωή. Τα δεδομένα του προβλήματος σχετίζονται με την αρχική κατάσταση των οδοστρωμάτων που πρόκειται να συντηρηθούν, το είδος και τα χαρακτηριστικά της οδού, το είδος και τα χαρακτηριστικά των οχημάτων, τα διαθέσιμα είδη συντήρησης και το ύψος της χρηματοδότησης. Εξαιτίας του μεγέθους και της πολυπλοκότητας του προβλήματος, η βελτιστοποίηση πραγματοποιήθηκε με την εφαρμογή ενός γενετικού αλγορίθμου που έχει τη δυνατότητα να εξετάσει πλήθος οδικών τμημάτων αναζητώντας ένα ευρύ φάσμα πιθανών λύσεων μέσα σε ένα εύλογο χρονικό διάστημα υπολογισμού. Ο αλγόριθμος καταφέρνει να εντοπίζει τον κατάλληλο συνδυασμό συντηρήσεων ώστε το γενικευμένο κόστος να ελαχιστοποιείται ενώ ταυτόχρονα το οδόστρωμα να διατηρείται σε καλή κατάσταση. Για την αξιολόγηση του μοντέλου ερευνήθηκαν πολλές διαφορετικές περιπτώσεις ενώ στο τέλος σχεδιάστηκε η καμπύλη Pareto. Τα αποτελέσματα απέδειξαν ότι το προτεινόμενο σύστημα μπορεί να βοηθήσει αποτελεσματικά στη διατήρηση των οδοστρωμάτων σε ικανοποιητικά επίπεδα λειτουργικότητας και κόστους μέσω των αποφάσεων συντήρησης που προτείνει. / Pavement management systems are widely used by road agencies and are improved continuously as they can lead to money savings and high levels of road services. The aim is to provide assistance to decision makers for selecting optimum strategies in the design, evaluation, and maintenance of pavements in order to maintain them in serviceable condition over a given period of time for the least cost. Nowadays, the developed systems use artificial intelligent methods to solve the problem which are powerful optimization tools with large computational abilities. The majority of pavement management systems detect the optimal solution that minimizes the maintenance cost without considering the impact of pavement deterioration in the user and the environment. However, they should be characterized by sustainability that requires an efficient use of resources and sensitivity to environmental and social constraints. In this paper, an optimisation model is developed that aims to provide decision support to engineers in developing appropriate pavement maintenance strategies to ensure acceptable levels of safety and functionalism of the highway network in time as well as reduction of environmental impacts. The model supersedes previous ones in considering the generalised cost, which includes the agency cost, the user cost, and the environmental impacts, as the main decision parameter. The user cost consists of three main components, the vehicle operation cost, the travel cost and the accident cost. The environmental cost consists of the air pollution cost and the noise cost. The input data are related to the initial pavement condition, the type and characteristics of the road, the type and characteristics of vehicles, the maintenance types and the budget limit. Due to the problem size and complexity, the optimisation is done with the employment of a genetic algorithm which can handle a large number of road sections, search a wide range of possible solutions, and reach a solution within reasonable computation time. The genetic algorithm can find the appropriate maintenance types in order to minimize the generalized cost while the pavement is kept in good condition. The model has been evaluated with several test cases and Pareto curves have been developed. The results indicate that the proposed model can effectively assist pavement preservation and management decisions in highway networks.

Η βιωσιμότητα έχει έρθει να αντιπροσωπεύσει την περιβαλλοντική επιστήμη στην οικονομική ανάπτυξη. Η "οικολογική βιωσιμότητα" αναφέρεται τόσο στην κοινωνική όσο και στην περιβαλλοντική ευθύνη και κυμαίνεται ανάμεσα στα ζητήματα των ανθρώπινων δικαιωμάτων και τη βιωσιμότητα των τοπικών κοινοτήτων με απώτερο στόχο τη συντήρηση των φυσικών πόρων. Σε αυτό το επίπεδο οι επιχειρήσεις προσπαθούν να ανταποκριθούν στην αυξανόμενη περιβαλλοντική ανησυχία των καταναλωτών με την εισαγωγή μιας ποικιλίας πράσινων προϊόντων και πολιτικών. / Sustainability has come to represent everything from economic decelopment to environmental science.In the present argument, 'ecological sustainability' refers to both social and environmental responsibility, ranging from issues to human rights to viability of local communities and conservation of natural resources. Firms have attempted to respond to the growing environmental concern of consumers with the introduction of a variety of green products.

The construction industry is the largest consumer of materials in our society. Approximately 40% of all materials used are related to this section of the industry. Equivalent is the impact of the sector’s activities to the environment in terms of non-renewable energy sources (grey energy), gas emissions (mainly CO2), solid waste, etc. With concrete being the most widely used construction material (second only to water in total volumes consumed annually by society) and cement being the essential “glue” in concrete, emphasis should be placed on investigating and enforcing appropriate ways, methodologies and policies, to make cement manufacturing and the construction industry in general a more environmental friendly sector. At the same time, by considering, at one hand the significant amount of research and breakthroughs achieved on structural materials and design, as well as the level of sophistication of the modern European Standards and structural codes, and on the other hand, the increasing cases of premature deterioration of concrete structures, particular emphasis should also be placed on safeguarding the service life of reinforced concrete structures (in addition to tackling their environmental burden). That is why it is very important to introduce the sustainable way of thinking and the concept of industrial ecology on the preliminary design stages of a structure, on the material selection process and on the service life estimation stage, in achieving a robust durable reinforced concrete (RC) structure (for a given service life) with the minimum environmental burden. Thus, the main objective of the present Thesis is to focus on identifying and quantifying a structured framework of the appropriate methodologies in formulating an Integrated Design Process (IDP) for the design of durable and sustainable structures at the minimum environmental and economical cost (without compromising issues of structural safety) and also in identifying and demonstrating ways of industrial ecology for the sustainable development of the cement and construction industry. The present Thesis contributes to the evaluation of the environmental cost of each component of concrete and to provide the best possible mix design configuration (by means of a holistic analytical software tool) in terms of low environmental cost, as well as, to assess this proposed configuration in terms of strength and durability requirements. Overall, it has to be emphasized that through the present Thesis a new indicator is proposed for design purposes: the environmental cost, which can be added to the existing strength, durability and economic cost indicators towards an integrated design optimization of concrete structures. Finally, it is concluded that the incorporation of new Supplementary Cementing Materials (SCM), as biomass ashes and especially Rice Husk Ash (RHA), offers new perspectives for decreasing the environmental cost of constructions. / Η κατασκευαστική βιομηχανία αποτελεί τον μεγαλύτερο καταναλωτή υλικών στην κοινωνία μας. Περίπου το 40% όλων των υλικών που χρησιμοποιούνται σχετίζονται με αυτόν τον τομέα της βιομηχανίας. Αντίστοιχο αντίκτυπο έχουν και οι δραστηριότητες του τομέα στο περιβάλλον σε ότι αφορά τις μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας («γκρίζα» ενέργεια), αέριες εκπομπές (κυρίωςCO2 ), στερεά απόβλητα, κλπ. Δεδομένου ότι το σκυρόδεμα αποτελεί το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο δομικό υλικό (δεύτερο μετά το νερό σε συνολικούς όγκους που καταναλώνονται ετησίως από την κοινωνία) και ότι το τσιμέντο είναι η απαραίτητη «κόλλα» στο σκυρόδεμα, έμφαση πρέπει να δοθεί στη διερεύνηση και επιβολή κατάλληλων τρόπων, μεθοδολογιών και πολιτικών για τη μετατροπή της τσιμεντοβιομηχανίας και της κατασκευαστικής βιομηχανίας σε έναν γενικά περισσότερο περιβαλλοντικά φιλικό τομέα. Ταυτόχρονα, λαμβάνοντας υπόψη από τη μια μεριά τη σημαντική ποσότητα έρευνας και τα επιτεύγματα σχετικά με τα δομικά υλικά και τον σχεδιασμό, και επιπλέον το επίπεδο της επιτήδευσης των σύγχρονων Ευρωπαϊκών Προτύπων και κατασκευαστικών κανονισμών, και από την άλλη μεριά τις αυξανόμενες περιπτώσεις της πρώιμης φθοράς των κατασκευών από σκυρόδεμα, ιδιαίτερη έμφαση θα πρέπει να δοθεί στη διασφάλιση της διάρκειας ζωής των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος (σε συνδυασμό με την αντιμετώπιση της περιβαλλοντικής τους επιβάρυνσης). Για το λόγο αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντική η εισαγωγή του βιώσιμου τρόπου σκέψης και της έννοιας της βιομηχανικής οικολογίας στα προκαταρκτικά στάδια σχεδιασμού μιας κατασκευής, κατά τη διαδικασία επιλογής υλικών και κατά το στάδιο εκτίμησης της διάρκειας ζωής, ώστε να επιτευχθεί μια εύρωστη, ανθεκτική κατασκευή οπλισμένου σκυροδέματος (για δεδομένη διάρκεια ζωής) με την ελάχιστη περιβαλλοντική επιβάρυνση. Συνεπώς, ο κύριος στόχος της παρούσας Διατριβής είναι να επικεντρωθεί στον εντοπισμό και ποσοτικοποίηση ενός δομημένου προτύπου κατάλληλων μεθοδολογιών για τον σχηματισμό μιας Ενοποιημένης Διαδικασίας Σχεδιασμού για τον σχεδιασμό ανθεκτικών και βιώσιμων κατασκευών με το ελάχιστο περιβαλλοντικό και οικονομικό κόστος (χωρίς συμβιβασμούς σε θέματα που άπτονται της κατασκευαστικής ασφάλειας) και επίσης για την αναγνώριση και επίδειξη τρόπων βιομηχανικής οικολογίας για την βιώσιμη ανάπτυξη της βιομηχανίας τσιμέντου και σκυροδέματος. Η παρούσα Διατριβή συνεισφέρει στην αξιολόγηση του περιβαλλοντικού κόστους κάθε συστατικού του σκυροδέματος αλλά και στην παροχή ενός καλύτερου δυνατού σχεδιασμού σύνθεσης σκυροδέματος (μέσω ενός ολιστικού αναλυτικού λογισμικού) υπό όρους χαμηλού περιβαλλοντικού κόστους, καθώς και στο να αξιολογήσει την προτεινόμενη σύνθεση υπό όρους αντοχής και απαιτήσεων ανθεκτικότητας. Συνολικά, πρέπει να τονισθεί ότι στη παρούσα Διατριβή προτείνεται για πρώτη φορά ένας νέος δείκτης για σκοπούς σχεδιασμού: το περιβαλλοντικό κόστος, το οποίο μπορεί να προστεθεί στους υπάρχοντες δείκτες αντοχής, ανθεκτικότητας και οικονομικού κόστους προς μια ολοκληρωμένη αριστοποίηση σχεδιασμού κατασκευών από σκυρόδεμα. Τέλος, προκύπτει το συμπέρασμα ότι η ενσωμάτωση νέων συμπληρωματικών υδραυλικών υλικών (SCM: Supplementary Cementing Materials), όπως οι τέφρες βιομάζας και ειδικά η τέφρα φλοιού ρυζιού (RHA: Rice Husk Ash), προσφέρει νέες προοπτικές για τη μείωση του περιβαλλοντικού κόστους σκυροδέματος.