Evaluación del efecto de la humedad relativa y la temperatura en la retracción por secado de Hormigones Compactados con Rodillo (HCR) para pavimento

Abstract

Este estudio se centró en el análisis del comportamiento mecánico y durabilidad del hormigón compactado con rodillo (HCR) utilizado en pavimentos frente a los principales modos de deterioro que afectan su rendimiento durante su vida de servicio. Estos deterioros son causados por múltiples factores, entre los que destacan las cargas del tráfico y en particular, las condiciones ambientales de la región donde son aplicados. En base a estas consideraciones, el estudio desarrollado en la presente tesis doctoral se centró en comprender el impacto de diversas condiciones ambientales (humedad y temperatura) y condiciones de diseño en las características físicas y mecánicas del Hormigón Compactado con Rodillo (HCR) para mejorar su eficiencia y prolongar su vida útil en distintas zonas geográficas. Para ello, se profundizó en el estudio de diferentes condiciones ambientales y diseños en las propiedades físicas y mecánicas del HCR a través de la reproducción de diferentes condiciones de humedad y temperatura para probetas de hormigón fabricadas con distintos valores de la relación agua-cemento, y variando la adición de un superplastificante. Además, se buscó evaluar el impacto del proceso de curado del HCR bajo diversas condiciones de humedad y temperatura. También, se buscó analizar el efecto de la retracción por secado en pavimentos de HCR bajo la influencia de carga vehicular, empleando para ello un modelo computacional calibrado con datos obtenidos en condiciones ambientales típicas a nivel de laboratorio. El estudio revelo que un incremento en el contenido de cemento y la reducción de agua, mejora la resistencia a la tracción del material. Se observó que el proceso de curado es fundamental para aumentar la resistencia a la retracción a largo plazo, lo que resulta crucial para la estabilidad estructural del HCR. Además, se encontró una correlación logarítmica entre la retracción y la humedad relativa, subrayando la importancia de este factor en el rendimiento del HCR. Otro aspecto destacado fue el desarrollo de ecuaciones de regresión múltiple para calcular las propiedades físico-mecánicas del HCR bajo diferentes condiciones de servicio y mezclado. Utilizando la Metodología de Superficie de Respuesta (MSR), el estudio logró modelos con alta precisión (98-99%) para predecir cambios en la retracción y otros parámetros bajo diversas condiciones ambientales. Además, se subrayó la importancia de la retracción en el diseño estructural. Los modelos computacionales por el método de elementos finitos y los análisis estadísticos empleados en la investigación proporcionaron curvas de contenido de humedad y retracción por secado, resaltando la necesidad de considerar estos efectos en los cálculos de tensiones en los pavimentos de HCR. Los efectos ambientales pueden generar variaciones significativas en las tensiones de los pavimentos, lo que enfatiza la relevancia de estos modelos para predecir el rendimiento y la durabilidad de los pavimentos de HCR.

Roller-compacted concrete (RCC) used in pavements suffers diverse distress modes that affect its performance during service life. These are caused by multiple factors, including traffic loads and, in particular, the environmental conditions of the region where they are applied. Based on these considerations, the research developed in this doctoral thesis focused on understanding the impact of various environmental (humidity and temperature) and design conditions on the physical and mechanical characteristics of RCC to improve its efficiency and prolong its service life in different geographical areas. For this purpose, different environmental conditions and designs were studied on the physical and mechanical properties of RCC by reproducing different humidity and temperature conditions for concrete specimens manufactured with different water-cement ratio values and varying the addition of a superplasticizer. In addition, the impact of the RCC curing process under different humidity and temperature conditions was assessed. Finally, the effect of drying shrinkage in RCC pavements under the influence of vehicular loading was analyzed using a computational model calibrated with data obtained under typical environmental conditions at the laboratory level. The research revealed that an increase in cement content and a reduction of water improves the tensile strength of the material. The curing process was critical to increasing the long-term shrinkage resistance, which is crucial for the structural stability of RCC. Moreover, a logarithmic correlation was found between shrinkage and relative humidity, underlining the importance of this factor in RCC performance. Another highlight was the development of multiple regression equations to calculate the physico-mechanical properties of RCC under different service and mixing conditions. Using the Response Surface Methodology (RSM), the study achieved models with high accuracy (98-99%) to predict changes in shrinkage and other parameters under various environmental conditions. In addition, the importance of shrinkage in structural design was stressed. Computational models by the finite element method and statistical analyses employed in the research provided moisture content and drying shrinkage curves, highlighting the need to consider these effects in RCC pavement stress calculations. Environmental effects can generate significant variations in pavement stresses, emphasizing the relevance of these models for predicting the performance and durability of RCC pavements.