Water is an irreplaceable resource, covering around two thirds of Earth´s surface, although only one percent is available for use. Except from households, other human activities such as agriculture and industries use water. Water use and pollution can make water unavailable to some users and places already exposed for water scarcity are especially vulnerable for such changes. Increased water use and factors such as climate change make water scarcity to a global concern and to protect the environment and humans it will be necessary to manage this problem. The concept of water footprint was introduced in 2002 as a tool to assess impact from freshwater use. Since then, many methods concerning water use and degradation have been developed and today there are several studies made on water footprint. Still, the majority of these studies only include water use. The aim of this study was to evaluate three different methods due to their ability to calculate water footprint for the production of trucks, with the qualification that the methods should consider both water use and emissions. Three methods were applied on two Volvo factories in Sweden, located in Umeå and Gothenburg. Investigations of water flows in background processes were made as a life cycle assessment in Gabi software. The water flows were thereafter assessed with the H2Oe, the Water Footprint Network and the Ecological scarcity method. The results showed that for the factory in Umeå the water footprint values were 2.62 Mm3 H2Oe, 43.08 Mm3 and 354.7 MEP per 30,000 cabins. The variation in units and values indicates that it is complicated to compare water footprints for products calculated with different methods. The study also showed that the H2Oe and the Ecological scarcity method account for the water scarcity situation. A review of the concordance with the new ISO standard for water footprint was made but none of the methods satisfies all criteria for elementary flows. Comparison between processes at the factories showed that a flocculation chemical gives a larger water footprint for the H2Oe and the Ecological scarcity method, while the water footprint for the WFN method and carbon footprint is larger for electricity. This indicates that environmental impact is considered different depending on method and that a process favorable regarding to climate change not necessarily is beneficial for environmental impact in the perspective of water use. / Vatten är en ovärderlig resurs som täcker cirka två tredjedelar av jordens yta men där endast en procent är tillgänglig för användning. Människan använder vatten till olika ändamål, förutom i hushåll används vatten bland annat inom jordbruk och industrier. Vattenanvändning och utsläpp av föroreningar kan göra vatten otillgängligt, vilket kan vara extra känsligt i de områden där människor redan lider av vattenbrist. Den ökade vattenanvändningen tillsammans med exempelvis klimatförändringar bidrar till att göra vattenbrist till en global angelägenhet och det kommer att krävas åtgärder för att skydda människor och miljö. År 2002 introducerades begreppet vattenfotavtryck som ett verktyg för att bedöma miljöpåverkan från vattenanvändning. Sedan dess har begreppet utvecklats till att inkludera många olika beräkningsmetoder men många av de befintliga studierna har uteslutit föroreningar och bara fokuserat på vattenkonsumtion. Syftet med denna rapport var att utvärdera tre olika metoder med avseende på deras förmåga att beräkna vattenfotavtryck vid produktion av lastbilar, med villkoret att metoderna ska inkludera både vattenkonsumtion och föroreningar. I studien användes tre metoder för att beräkna vattenfotavtrycket för två Volvo fabriker placerade i Umeå och Göteborg. En livscykelanalys utfördes i livscykelanalysverktyget Gabi, för att kartlägga vattenflöden från bakgrundsprocesser. Därefter värderades vattenflödena med metoderna; H2Oe, WFN och Ecological scarcity. Resultatet för fabriken i Umeå gav för respektive metod ett vattenfotavtryck motsvarande 2,62 Mm3 H2Oe, 43,08 Mm3 respektive 354,7 MEP per 30 000 lastbilshytter. Variationen i enheter och storlek tyder på att det kan vara svårt att jämföra vattenfotavtryck för produkter som beräknats med olika metoder. Studien visade att H2Oe och Ecological scarcity tar hänsyn till vattentillgängligheten i området. En granskning av metodernas överensstämmelse med den nya ISO standarden för vattenfotavtryck gjordes men ingen av metoderna i studien uppfyllde alla kriterier. Av de processer som ingår i fabrikerna visade det sig att vattenfotavtrycket för H2Oe och Ecological scarcity metoden var störst för en fällningskemikalie. För den tredje metoden och koldioxid var avtrycket störst för elektriciteten. Detta tyder på att olika metoder värderar miljöpåverkan olika samt att de processer som anses bättre ur miljösynpunkt för klimatförändringar inte nödvändigtvis behöver vara bäst vid vattenanvändning.

A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) apresenta quatro fases em sua estrutura metodológica, que podem ser encontradas em normas como a ISO 14.040 e ISO 14.044. A Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida (AICV) é a terceira fase da ACV e utiliza métodos e modelos de caracterização para avaliar a importância de intervenções ambientais contidas no Inventário do Ciclo de Vida (ICV). Os métodos para a AICV mais utilizados são em sua maioria desenvolvidos em países da Europa, embora sejam aplicados em diferentes partes do mundo, incluindo o Brasil. Assim, o objetivo desta pesquisa é analisar as características e a aplicabilidade dos principais métodos de AICV e verificar o escopo dos modelos de caracterização para a categoria de impacto acidificação a fim de fornecer subsídios para aplicação desses métodos e modelos no Brasil. Por meio da revisão bibliográfica as informações referentes a cada método foram classificadas de acordo com as categorias de comparação: categorias de impacto abordadas, nível de avaliação do impacto, abrangência de aplicação e existência ou não de metodologias para normalização e ponderação. Dessa forma a análise realizada identifica que a maioria das categorias de impacto dos métodos CML 2002, EDIP 97, EPS 2000, USEtox e IMPACT World+ apresentam escopo de aplicação classificado como global, sendo recomendados, para estas categorias, para uso no Brasil. Com a finalidade de auxiliar com informações sobre os modelos de caracterização para a categoria de impacto acidificação, por meio da revisão bibliográfica foi possível analisar os procedimentos e parâmetros de cálculos utilizados por cada modelo para esta categoria. A análise comparativa entre os modelos, com base na revisão bibliográfica, foi feita a partir dos seguintes critérios: substâncias abordadas, ano e região de referência dos fatores de caracterização, parâmetros usados nos cálculos, dados necessários, ano e área de coleta dos dados, resolução espacial, relevância ambiental, robustez científica e exatidão, e documentação, transparência e reprodutibilidade. O modelo Accumulated Exceedance apresentou a melhor avaliação frente a esses critérios e, portanto, é recomendado como referência inicial para o desenvolvimento de procedimentos metodológicos que suportem a aplicação desse modelo no Brasil. Para que isso seja possível é necessário que esse modelo de caracterização seja complementado por um modelo de destino atmosférico adequado à realidade brasileira. Isto posto, pretende-se subsidiar, tanto pelo procedimento adotado quanto pelos resultados obtidos, pesquisas direcionadas ao desenvolvimento de modelos de caracterização, para diferentes categorias de impacto, que representem as características específicas regionais do Brasil durante a AICV. / Life Cycle Assessment (LCA) has four phases in its methodological framework, which can be found in standards such as ISO 14,040 and ISO 14,044. Life Cycle Impact Assessment (LCIA) is the third phase of LCA and uses characterization models and methods to assess the importance of environmental interventions contained in the Life Cycle Inventory (LCI). The methods most commonly used for LCIA are mostly developed in European countries, although applied in different parts of the world, including Brazil. This research aims to analyze the characteristics and the applicability of the main methods of LCIA and to check the characterization models scope for acidification impact category in order to provide support for application of these methods and models in Brazil. Through the LCIA methods review their information were classified according to the criteria: impact categories addressed, impact assessment level, scope of application and the existence or not of methodologies for normalization and weighting. Thus, the analysis identifies that most impact categories of CML 2002, EDIP 97, EPS 2000, USEtox and IMPACT World+ methods present scope of application classified as global, being recommended for these categories for the use in Brazil. In order to assist with information about the characterization models for acidification impact category through the literature review it was possible to analyze the procedures and the calculation parameters used by each model for this category. The comparative analysis between the models, based on review, was done based on the following criteria: substances addressed, reference year and region of characterization factors, parameters used in the calculations, necessary data, year and area of data collection, spatial resolution, environmental relevance, scientific robustness and accuracy, and documentation, transparency and reproducibility. The Accumulated Exceedance model presented the best assessment against these criteria and is therefore recommended as initial reference for the development of methodological procedures that support the application of this model in Brazil. To make this possible it is necessary that this characterization model is complemented by an atmospheric fate model appropriate to the Brazilian reality. That said, it is intended to subsidize, through the procedures adopted and the results obtained, research directed to the development of characterization models, for different impact categories, which represent the specific regional characteristics of Brazil during the LCIA.

A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) apresenta quatro fases em sua estrutura metodológica, que podem ser encontradas em normas como a ISO 14.040 e ISO 14.044. A Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida (AICV) é a terceira fase da ACV e utiliza métodos e modelos de caracterização para avaliar a importância de intervenções ambientais contidas no Inventário do Ciclo de Vida (ICV). Os métodos para a AICV mais utilizados são em sua maioria desenvolvidos em países da Europa, embora sejam aplicados em diferentes partes do mundo, incluindo o Brasil. Assim, o objetivo desta pesquisa é analisar as características e a aplicabilidade dos principais métodos de AICV e verificar o escopo dos modelos de caracterização para a categoria de impacto acidificação a fim de fornecer subsídios para aplicação desses métodos e modelos no Brasil. Por meio da revisão bibliográfica as informações referentes a cada método foram classificadas de acordo com as categorias de comparação: categorias de impacto abordadas, nível de avaliação do impacto, abrangência de aplicação e existência ou não de metodologias para normalização e ponderação. Dessa forma a análise realizada identifica que a maioria das categorias de impacto dos métodos CML 2002, EDIP 97, EPS 2000, USEtox e IMPACT World+ apresentam escopo de aplicação classificado como global, sendo recomendados, para estas categorias, para uso no Brasil. Com a finalidade de auxiliar com informações sobre os modelos de caracterização para a categoria de impacto acidificação, por meio da revisão bibliográfica foi possível analisar os procedimentos e parâmetros de cálculos utilizados por cada modelo para esta categoria. A análise comparativa entre os modelos, com base na revisão bibliográfica, foi feita a partir dos seguintes critérios: substâncias abordadas, ano e região de referência dos fatores de caracterização, parâmetros usados nos cálculos, dados necessários, ano e área de coleta dos dados, resolução espacial, relevância ambiental, robustez científica e exatidão, e documentação, transparência e reprodutibilidade. O modelo Accumulated Exceedance apresentou a melhor avaliação frente a esses critérios e, portanto, é recomendado como referência inicial para o desenvolvimento de procedimentos metodológicos que suportem a aplicação desse modelo no Brasil. Para que isso seja possível é necessário que esse modelo de caracterização seja complementado por um modelo de destino atmosférico adequado à realidade brasileira. Isto posto, pretende-se subsidiar, tanto pelo procedimento adotado quanto pelos resultados obtidos, pesquisas direcionadas ao desenvolvimento de modelos de caracterização, para diferentes categorias de impacto, que representem as características específicas regionais do Brasil durante a AICV. / Life Cycle Assessment (LCA) has four phases in its methodological framework, which can be found in standards such as ISO 14,040 and ISO 14,044. Life Cycle Impact Assessment (LCIA) is the third phase of LCA and uses characterization models and methods to assess the importance of environmental interventions contained in the Life Cycle Inventory (LCI). The methods most commonly used for LCIA are mostly developed in European countries, although applied in different parts of the world, including Brazil. This research aims to analyze the characteristics and the applicability of the main methods of LCIA and to check the characterization models scope for acidification impact category in order to provide support for application of these methods and models in Brazil. Through the LCIA methods review their information were classified according to the criteria: impact categories addressed, impact assessment level, scope of application and the existence or not of methodologies for normalization and weighting. Thus, the analysis identifies that most impact categories of CML 2002, EDIP 97, EPS 2000, USEtox and IMPACT World+ methods present scope of application classified as global, being recommended for these categories for the use in Brazil. In order to assist with information about the characterization models for acidification impact category through the literature review it was possible to analyze the procedures and the calculation parameters used by each model for this category. The comparative analysis between the models, based on review, was done based on the following criteria: substances addressed, reference year and region of characterization factors, parameters used in the calculations, necessary data, year and area of data collection, spatial resolution, environmental relevance, scientific robustness and accuracy, and documentation, transparency and reproducibility. The Accumulated Exceedance model presented the best assessment against these criteria and is therefore recommended as initial reference for the development of methodological procedures that support the application of this model in Brazil. To make this possible it is necessary that this characterization model is complemented by an atmospheric fate model appropriate to the Brazilian reality. That said, it is intended to subsidize, through the procedures adopted and the results obtained, research directed to the development of characterization models, for different impact categories, which represent the specific regional characteristics of Brazil during the LCIA.

Tesis por compendio / [EN] Currently, there is a trend towards sustainability, especially in developed countries, where the concerns of society about environmental degradation and social problems have increased. Following this trend, the construction sector is one of the most influential sectors due to its high economic, environmental, and social impacts. At the same time, there is an increase in the demand for transport, which drives a need to develop and maintain the necessary infrastructure for this purpose. Taking all these factors into account, bridges become a key structure and therefore assessment of sustainability throughout their whole life-cycle is essential. The main objective of this thesis is to propose a methodology that allows assessment of the sustainability of a bridge under uncertain initial conditions (subjectivity of the decision-maker or variability of initial parameters) and optimization of the design to obtain a robust optimal bridge. To this end, an extensive bibliographic review of all the works that perform assessments of the sustainability of bridges through the valuation of criteria related to their main pillars (economic, environmental, or social) has been carried out. In this review, it has been observed that the most comprehensive way to evaluate the environmental and social pillars is through the use of life-cycle impact assessment methods. These methods allow sustainability assessment to be performed for the whole life-cycle of the bridge. This process provides valuable information to decision-makers for the assessment and selection of the most sustainable bridge. However, the decision-makers' subjective assessments of the relative importance of the criteria influence the final assessment of sustainability. For this reason, it is necessary to create a methodology that reduces the associated uncertainty and seeks robust solutions according to the opinion of decision-makers. In addition, for bridges, the design and decision-making are conditioned by the initially defined parameters. This leads to solutions that may be sensitive to small changes in these initial conditions. A robust optimal design makes it possible to obtain optimal solutions and structurally stable designs under variations of the initial conditions as well as sustainable designs that are not influenced by the preferences of the stakeholders who are part of the decision-making process. Thus, obtaining a robust optimal design becomes a probabilistic optimization process that has a high computational cost. For this reason, the use of metamodels has been integrated into the proposed methodology. Specifically, Latin hypercube sampling is used for the definition of the initial sample and a kriging model is used for the definition of the mathematical approximation. In this way, kriging-based heuristic optimization reduces the computational cost by more than 90% with respect to conventional heuristic optimization while obtaining very similar results. This thesis provides, first of all, an extensive bibliographic review of both the criteria used for the assessment of sustainability of bridges and the different methods of life-cycle impact assessment to obtain a complete profile of the environmental and social pillars. Subsequently, a methodology is defined for the full assessment of sustainability, using life-cycle impact assessment methods. Likewise, an approach is proposed that makes it possible to obtain structures with little influence from the structural parameters, as well as from the preferences of the different decision-makers regarding the sustainability criteria. The methodology provided in this thesis is applicable to any other type of structure. / [ES] Actualmente existe una tendencia hacia la sostenibilidad, especialmente en los países desarrollados donde la preocupación de la sociedad por el deterioro ambiental y los problemas sociales ha aumentado. Siguiendo esta tendencia, el sector de la construcción es uno de los sectores que mayor influencia tiene debido a su alto impacto económico, ambiental y social. Al mismo tiempo, existe un incremento en la demanda de transporte que provoca la necesidad de desarrollo y mantenimiento de las infraestructuras necesarias para tal fin. Con todo esto, los puentes se convierten en una estructura clave, y por tanto, la valoración de la sostenibilidad a lo largo de toda su vida es esencial. El objetivo principal de esta tesis es proponer una metodología que permita valorar la sostenibilidad de un puente bajo condiciones iniciales inciertas (subjetividad del decisor o variabilidad de parámetros iniciales) y optimizar el diseño para obtener puentes óptimos robustos. Para ello, se ha realizado una extensa revisión bibliográfica de todos los trabajos en los que se realiza un análisis de la sostenibilidad mediante la valoración de criterios relacionados con sus pilares principales (económico, medio ambiental o social). En esta revisión, se ha observado que la forma más completa de valorar los pilares medioambientales y sociales es mediante el uso de métodos de análisis de ciclo de vida. Estos métodos permiten llevar a cabo la valoración de la sostenibilidad durante todas las etapas de la vida de los puentes. Todo este procedimiento proporciona información muy valiosa a los decisores para la valoración y selección del puente más sostenible. No obstante, las valoraciones subjetivas de los decisores sobre la importancia de los criterios influyen en la evaluación final de la sostenibilidad. Por esta razón, es necesario crear una metodología que reduzca la incertidumbre asociada y busque soluciones robustas frente a las opiniones de los agentes implicados en la toma de decisiones. Además, el diseño y toma de decisiones en puentes está condicionado por los parámetros inicialmente definidos. Esto conduce a soluciones que pueden ser sensibles frente a pequeños cambios en dichas condiciones iniciales. El diseño óptimo robusto permite obtener diseños óptimos y estructuralmente estables frente a variaciones de las condiciones iniciales, y también diseños sostenibles y poco influenciables por las preferencias de los decisores que forman parte del proceso de toma de decisión. Así pues, el diseño óptimo robusto se convierte en un proceso de optimización probabilística que requiere un gran coste computacional. Por este motivo, el uso de metamodelos se ha integrado en la metodología propuesta. En concreto, se ha utilizado hipercubo latino para la definición de la muestra inicial y los modelos kriging para la definción de la aproximación matemática. De esta forma, la optimización heurística basada en kriging ha permitido reducir más de un 90% el coste computacional respecto a la optimización heurística conveniconal obteniendo resultados muy similares. Esta tesis proporciona en primer lugar, una amplia revisión bibliográfica, tanto de los criterios utilizados para la valoración de la sostenibilidad en puentes como de los diferentes métodos de análisis de ciclo de vida para obtener un perfil completo de los pilares ambientales y sociales. Posteriormente, se define una metodología para la valoración completa de la sostenibilidad, usando métodos de análisis de ciclo de vida. Asimismo, se propone un enfoque que permite obtener estructuras poco influenciables por los parámetros estructurales, así como por las preferencias de los diferentes decisores frente a los criterios sostenibles. La metodología proporcionada en esta tesis es aplicable a cualquier otro tipo de estructura. / [CA] Actualment existeix una tendència cap a la sostenibilitat, especialment en els països desenrotllats on la preocupació de la societat pel deteriori ambiental i els problemes socials ha augmentat. Seguint aquesta tendència, el sector de la construcció és un dels sectors que major influència té a causa del seu alt impacte econòmic, ambiental i social. Al mateix temps, existeix un increment en la demanda de transport que provoca la necessitat de desenrotll i manteniment de les infraestructures necessàries per a tal fi. En tot açò, els ponts es converteixen en una estructura clau, i per tant, la valoració de la sostenibilitat al llarg de tota la seua vida és essencial. L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral és proposar una metodologia que permeta valorar la sostenibilitat d'un pont baix condicions inicials incertes (subjectivitat del decisor o variabilitat dels paràmetres inicials) i optimitzar el disseny per a obtenir ponts òptims robusts. Per a això, s'ha realitzat una extensa revisió bibliogràfica de tots els treballs en els quals es realitza un anàlisis de la sostenibilitat mitjançant la valoració de criteris relacionats amb els seus pilars principals (econòmic, ambiental o social). En aquesta revisió s'ha observat que la forma més completa de valorar els pilars ambientals i socials és mitjançant l'ús de mètodes d'anàlisis de cicle de vida. Aquests mètodes permeten realitzar la valoració de la sostenibilitat al llarg de totes les etapes de la vida dels ponts. Tot aquest procediment proporciona informació molt valuosa als decisors per a la valoració i selecció del pont més sostenible. No obstant això, les valoracions subjectives dels decisors sobre la importància dels criteris influeixen en l'avaluació final de la sostenibilitat. Per aquesta raó, és necessari crear una metodologia que reduïsca la incertesa associada i busque solucions robustes enfront de les opinions dels agents implicats en la presa de decisions. A més, el disseny i la presa de decisions en ponts està condicionat pels paràmetres inicialment definits. Açò condueix a solucions que poden ser sensibles front a menuts canvis en les dites condicions inicials. El disseny òptim robust permet obtenir dissenys òptims i estructuralment estables front a variacions de les condicions inicials, i també dissenys sostenibles i poc influenciables per les preferències dels decisors que formen part del procés de presa de decisió. D'aquesta manera, el disseny òptim robust es converteix en un procés d'optimització probabilística que requereix un gran cost computacional. Per aquest motiu, l'ús de metamodels s'ha integrat en la metodologia proposta. En concret, s'ha utilitzat l'hipercub llatí per a la definició de la mostra inicial i els models kriging per a la definició de l'aproximació matemàtica. D'aquesta forma, l'optimització heurística basada en kriging ha permés reduir més d'un 90% el cost computacional respecte a l'optimització heurística convencional obtenint resultats molt similars. Aquesta tesi doctoral proporciona en primer lloc, una ampla revisió bibliogràfica, tant dels criteris utilitzats per a la valoració de la sostenibilitat en ponts com dels diferents mètodes d'anàlisis de cicle de vida per a obtenir un perfil complet dels pilars ambientals i socials. Posteriorment, es defineix una metodologia per a la valoració completa de la sostenibilitat, utilitzant mètodes d'anàlisis de cicle de vida. Així mateix, es proposa un enfocament que permet obtenir estructures poc influenciables pels paràmetres estructurals, així com per les preferències dels diferents decisors enfront dels criteris sostenibles. La metodologia proporcionada en aquesta tesi doctoral és aplicable a qualsevol altre tipus d'estructura. Nº de páginas: / I would like to acknowledge the economic support of the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness, formerly called Spanish Ministry of Science and Innovation. This thesis has been possible thanks to the FPI fellowship and the financially support of BRIDLIFE (Research Project BIA2014-56574-R) and DIMALIFE (Project BIA2017-85098-R). / Penadés Plà, V. (2020). Life-cycle sustainability design of post-tensioned box-girder bridge obtained by metamodel-assisted optimization and decision-making under uncertainty [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/147480 / TESIS / Compendio