Aportaciones al proyecto, construcción y reparación de pavimentos de hormigón
Authors:   , López Carreño Rubén-Daniel 
Published: July 2023

The construction and conservation of road networks represent a major part of public expenditure. For instance, the EU-28 countries annually spend approximately EUR 20.000 million on roadway preservation. These figures highlight the need to develop more efficient methods for the design, construction and maintenance of pavements.
Concrete pavements, including both new construction and strengthening (whitetoppings and overlays), offer many advantages over bituminous ones. These advantages provide more cost-effective and environmentally sustainable solutions. This is because their longer lifetime, lower cost at the long term, the capacity to reduce fuel consumption, etc.
Nevertheless, some countries such as Spain have no tradition in the use of concrete as a road construction material. This is confirmed by the fact that more than 99% of the roads belonging to the “Red de Carreteras del Estado” (National Highway Network) are asphalt roads. Consequently, technicians are not committed to implement the use of concrete and asphalt pavements tend to be perpetually applied.
The limited application of concrete pavements at the state level might be explained due to limitations in pavement-design software and the low availability of specialized machinery, among other causes. Furthermore, whitetoppings and overlays present inherent uncertainties related to the interfacial bond strength that may have a negative effect on the structural performance and make its use even more difficult.
This doctoral thesis addresses these aspects with the global objective of facilitating the use of concrete in both newly constructed pavements and road preservation. To this end, a cross-sectional study work has been conducted, involving the development of a new pavement calculation software, an experimental program and the construction of four real-scale pavements.
The software allows the design and checking of multilayer pavements adopting different calculation methodologies depending on the structural typology and also considering interfacial debonding due to environmental effects. Likewise, the experimental program analyses the use of Self-Compacting High-Performance Concrete to optimize the adhesive strength in whitetoppings and overlays.
On the other hand, the use of shear connectors to improve the post-cracking interfacial strength has been investigated by means of real-scale pavements. A simplified theoretical framework to design the connector distribution is also provided. In the same way, two Roller-Compacted Concrete built with asphalt pavers have been evaluated, providing some recommendations for the use of this construction technique. The findings of this doctoral thesis are an additional and necessary step to spread the construction of concrete pavements, particularly in Spain.
La construcción y el mantenimiento de las redes viarias suponen una parte importante del
gasto público. Por ejemplo, los 28 países de la Unión Europea destinan anualmente unos 20.000 millones de € al mantenimiento de sus carreteras. La magnitud de estas cifras indica la necesidad de dedicar esfuerzos a obtener mejoras en el diseño, la construcción y la reparación de firmes.
Los pavimentos de hormigón, tanto de nueva construcción como de reparación de firmes
asfálticos (whitetoppings) y rígidos (overlays), tienen una serie de ventajas respecto a los bituminosos que permiten obtener soluciones más económicas y medioambientalmente sostenibles. Ello se debe a su mayor vida útil, su menor coste a largo plazo, su capacidad para reducir el consumo de carburante de los vehículos pesados, etc.
Sin embargo, en países como España apenas hay tradición de uso del hormigón como
material para la construcción de carreteras, dato que corrobora el hecho de que más del 99% de la Red de Carreteras del Estado está construida con firme asfáltico. Ello hace que los técnicos apenas contemplen el hormigón como una alternativa real, perpetuando así el uso del asfalto como material predominante.
La escasa aplicación a nivel estatal de los pavimentos de hormigón puede explicarse por,
entre otras causas, las limitaciones de los programas de diseño y la poca disponibilidad de maquinaria especializada. Además, en la construcción de whitetoppings y overlays existen también incertidumbres asociadas a la resistencia mecánica de su interfase con el firme reparado, que pueden afectar negativamente al desempeño estructural y dificultar todavía más su uso.
Esta tesis doctoral afronta estos aspectos con el objetivo general de facilitar el uso del
hormigón en pavimentos de nueva construcción y en la reparación de firmes existentes. Para ello se ha realizado un extenso trabajo transversal que comprende el desarrollo de un nuevo programa de cálculo de pavimentos, una campaña experimental a escala de laboratorio y la construcción de cuatro pavimentos a escala real.
El programa de cálculo permite diseñar y comprobar firmes multicapa adoptando diferentes metodologías en función de su tipología estructural y considerando la posible pérdida de adherencia entre capas por efectos ambientales. Mientras, la campaña experimental analiza el uso de los Hormigones Autocompactantes de Alta Resistencia (HAAR) como material para optimizar la adherencia en los whitetoppings y overlays.
Por otro lado, se ha investigado mediante obras a escala real el uso de anclajes mecánicos para mejorar de la resistencia posfisuración de las interfases entre capas, proporcionando un marco teórico simplificado para su dimensionamiento. Igualmente, también se han evaluado dos overlays de Hormigón Compactado Con Rodillos (HCCR) construidos con extendedoras de asfalto, aportando algunas recomendaciones para la aplicación de esta técnica constructiva. Los resultados obtenidos en esta tesis doctoral suponen un paso adicional y necesario para extender la construcción de los pavimentos de hormigón, especialmente en España.