DISEÑO Y GESTIÓN DE PAVIMENTOS - INFORME FINAL

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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
 
 
 
 
 
 
 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL 
CICLO 2017-01 
 
 
DISEÑO Y GESTIÓN DE PAVIMENTOS CI199 
SECCIÓN CIA1 
 
TRABAJO FINAL: PAVIMENTOS CON EMULSION ASFALTICA 
 
 
PROFESOR DEL CURSO: 
ING. LAZO LAZARO, GUILLERMO 
 
 
 
TRABAJO PRESENTADO POR: 
 
 
Diaz Lopez, Anggy 
 
 
 
 
 
DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
Índice 
1. Introducción ...................................................................................................... 1 
1.1. Antecedentes ................................................................................................. 2 
1.1.1. Historia de la Emulsión Asfáltica ................................................................ 2 
1.1.2. Objetivos .................................................................................................... 4 
1.1.3. Justificación ................................................................................................ 4 
1.1.4. Metodología ............................................................................................... 5 
2. Marco teórico .................................................................................................... 6 
2.1. Marco teórico especifico ................................................................................ 7 
2.1.1. Tipos de cami nos no pavimentados ........................................................... 7 
2.1.1.1. Caminos de tierra .................................................................................... 7 
2.1.1.2. Caminos de grava (lastrados) ................................................................. 7 
2.1.1.3. Caminos afirmados ................................................................................. 7 
2.1.2. Caminos afirmados con superficie estabilizada con materiales industriales 
8 
2.1.3. Estabilización química de los suelos .......................................................... 8 
2.2. Marco teórico general .................................................................................. 10 
2.2.1.1. Reciclado en frio de carpeta asfáltica .................................................... 10 
2.2.2. Emulsiones asfálticas ............................................................................... 10 
2.2.2.1. Clasificación de las emulsiones asfálticas ............................................. 12 
2.2.3. Rompimiento de las Emulsiones Asfálticas .............................................. 13 
2.2.3.1. Mecanismo de ruptura de las emulsiones catiónicas ............................ 14 
2.2.4. Curado ..................................................................................................... 15 
2.2.5. Factor que afecta a la ruptura y el curado ................................................ 15 
2.2.6. Ventaja de las Emulsiones Asfálticas ....................................................... 16 
3. Descripción del proyecto ................................................................................. 17 
3.1. Nombre del proyecto .................................................................................... 17 
3.2. Ubicación ..................................................................................................... 17 
3.3. Clima ........................................................................................................... 18 
3.4. Altitud........................................................................................................... 18 
3.5. Hidrología .................................................................................................... 18 
3.6. Sismicidad ................................................................................................... 19 
4. Desarrollo del tema ......................................................................................... 19 
4.1. Diseño Illinois con los agregados de la Cantera .......................................... 19 
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4.1.1. Granulometría .......................................................................................... 19 
4.1.2. Contenido de asfalto residual tentativo ..................................................... 21 
4.1.3. Recubrimiento .......................................................................................... 22 
4.1.4. Contenido óptimo de agua en la compactación ........................................ 25 
4.1.5. Variación del contenido de asfalto residual .............................................. 27 
4.1.6. Elaboración de gráficos ............................................................................ 30 
5. Interpretación de resultados ............................................................................ 32 
6. Conclusiones .................................................................................................. 32 
7. Recomendaciones .......................................................................................... 32 
8. Bibliografía ...................................................................................................... 33 
 
 
Índice de Tablas 
 
Tabla 1: Agregados para Mezcla con Emulsión .................................................... 20 
 
 
Índice de imágenes 
Imagen 1 : Red vial de 1990 con vías pavimentadas (color rojo) y sin pavimentar 
(color rosado) y el mapa actual ................................................................................ 2 
Imagen 2: Plano de ubicación de proyecto ............................................................ 17 
Imagen 3: Combinación de Agregados- Método del cuadrado .............................. 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Introducción 
El incremento de la demanda vehicular produjo que conforme transcurriera el tiempo 
el Perú cuente con más kilómetros pavimentados1. Parte del diseño de estos 
pavimentos consta en crear una base granular conformada por materiales 
granulares los cuales deberán poseer una adecuada estabilidad mecánica, de 
manera que soporten los esfuerzos de las cargas a los que serán sometidos. Si es 
que estos materiales granulares no cuentan con estas características se tendrá que 
estabilizar y un método para hacerlo es con la emulsión asfáltica. De esta manera 
se mejorará comportamiento y a la vez se disminuirá el efecto de la plasticidad, el 
contenido de asfalto utilizado varía de 3 a 4%. 
La emulsión asfáltica está compuesta principalmente por tres componentes básicos: 
agregado, agua y un agente emulsivo. En algunos casos la emulsión puede 
contener otros aditivos, como estabilizantes, mejoradores de recubrimiento, 
mejoramiento de adherencia, o agentes de control de rotura. Estas emulsiones 
permiten tender las carpetas asfálticas a temperaturas menores a 100°C 
obteniéndose un producto relativamente fluido. Además, pueden ser bombeadas, 
almacenadas y aplicadas a temperaturas mucho más bajas que con otro tipo de 
utilización del asfalto. 
Las emulsiones asfálticas, pueden ser utilizadas en una gran variedad de 
aplicaciones, desde la construcción, mantenimiento y pavimentación de carreteras 
y aeropuertos, hasta aquellas en las que el objetivo que se persigue es un 
cubrimiento que actúe como una capa protectora. Para nuestro caso la utilizaremos 
para la estabilización de la base granular. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 Avance de las carreteras desde 1990 al 2016: imagen 01 
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Imagen 1 : Red vial de 1990 con vías pavimentadas (color rojo) y sin pavimentar (color rosado) y el mapa actual. 
 
Fuente: Ministerio de Transporte 
 
 
1.1. Antecedentes 
 
 
1.1.1. Historia de la Emulsión Asfáltica 
Para comprender mejorse explicara la historia a través de tiempo, previo a esto es 
importante mencionar que la historia de las Emulsiones Asfálticas se remota al uso 
de los alquitranes, producto previo a las emulsiones, este producto es una sustancia 
liquidas que se obtiene a partir de un proceso de destilación del petróleo, carbón y 
otros productos minerales y vegetales. Con este producto se pudo obtener 
experiencia y desarrollar técnicas en la realización de las primeras pavimentaciones, 
experiencia que sirvió para luego trabajar con las emulsiones asfálticas. 
 
 
 
 
 
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1.1.2. Objetivos 
• Dar a conocer el concepto de estabilización con emulsión asfáltica y nombrar 
las alternativas de mejoramiento de las propiedades del suelo. 
• Evaluar con que dosificación de la emulsión asfáltica se lograra tener mejores 
resultados 
• Dar a conocer el proceso constructivo para la aplicación de emulsiones 
asfálticas. 
• Evaluar como el empleo de emulsión asfáltica mejora las propiedades del 
suelo. 
 
1.1.3. Justificación 
La red vial de un país es fundamental para su desarrollo y crecimiento porque es el 
único medio que posibilita el transporte de las personas y las cargas. Muchos países 
de Latinoamérica y en especial el Perú muestran serios problemas en cuanto a la 
infraestructura vial, representando una serie de desventaja competitiva. En países 
con un adecuado desarrollo de transporte los costos de traslado son menores, 
permitiendo satisfacer las necesidades básicas como: educación trabajo, 
alimentación y salud; estas necesidades son las principales actividades de un país. 
Por ello, para un país es estratégico desarrollar su sistema vial porque es el único 
modo con el que logra satisfacer no solo la obligación de viajar, sino también 
necesidades esenciales de la población. 
Muchas veces estoy proyectos no se ejecutan debido al gasto económico que 
demanda la construcción de caminos y carreteras, y su posterior mantenimiento, 
hace que sean proyectos inviables en poblados cuya afluencia vehicular es bajo, 
justamente por ser pueblos en vías de desarrollo. 
Una solución a esta problemática es construir pavimentos con base estabilizada con 
emulsión asfáltica, ya que ofrece una viabilidad al no ser tan caro a comparación de 
otros métodos de estabilización, además es una buena opción ya que va de la mano 
con el medio ambiente al ser un producto eco amigable. Con la ayuda de la 
 
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tecnología se pueden habilitar caminos de buena transitabilidad a bajo costo por un 
periodo de vida útil determinado, en proyectos denominados “conservación vial por 
niveles de servicio de corredores viales” lo que viene a ser una buena primera 
solución, para fomentar el incremento del tránsito hacia estas zonas. 
 
1.1.4. Metodología 
Existen diferentes métodos para el diseño de mezcla asfáltica en frio empleando 
emulsión asfáltica, la mayoría de estos son modificaciones del Método Marshall para 
mezclas en caliente. A continuación se mencionan métodos conocidos pero no 
normalizados: 
• Método de la Compañía de Armak 
• Método de lllinois 
• Método Marshall Modificado {MS-14) 
• Método AKZO NOBEL 
• Técnica de la Dirección Provincial de Vialidad de Santa Fe 
• Técnica de la Dirección Nacional de Vialidad 
• Técnica Marshall Modificada según Normas Francesas 
 
Todos estos métodos se basan en la determinación de los parámetros dados por el 
Marshall Convencional, que incluyen a la estabilidad, el flujo, el porcentaje de vacíos 
y la densidad seca. La diferencia es que los cuatro primeros métodos toman en 
cuenta la saturación de las muestras, obteniendo nuevos parámetros como la 
estabilidad en húmedo, el cambio en la estabilidad y el porcentaje de humedad 
absorbida. Estos nuevos parámetros son de mucha importancia porque muestran la 
influencia de la acción del agua en la mezcla. 
El presente trabajo se enfocara en el Método Illinois, debido a que es un método 
aceptado por el Instituto de Asfalto (MS-19) y reconocido en diferentes países pero 
con muy poca divulgación en el Perú. 
 
 
 
 
 
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El método Illioins es recomendado para mezclas en vía o mezclas en planta 
preparadas a temperatura de ambiente. 
A continuación, el procedimiento se explicara mediante un flujo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Marco teórico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.1. Marco teórico especifico 
 
 
2.1.1. Tipos de caminos no pavimentados 
De la red vial existente, las vías no pavimentadas representan el 86,41% del total 
de la red vial nacional existente. Según D.S. 036-2011-MTC 
 
2.1.1.1. Caminos de tierra 
Tipo de camino no asfaltado, está diseñado para atender solo un bajo volumen de 
tránsito. Según el Manual de Carreteras Sección: Suelos y Pavimentos estos están 
constituidos por suelo natural y mejorado con grava seleccionada por zarandeo 
 
2.1.1.2. Caminos de grava (lastrados) 
De acuerdo al Manual del MTC, estos están constituidos por una capa de 
revestimiento con material natural pétreo, seleccionado manualmente o por 
zarandeo. Este material tiene un tamaño máximo de 75mm. 
 
2.1.1.3. Caminos afirmados 
Son aquellos que están constituidos por una capa de revestimiento con materiales 
de cantera, dosificados naturalmente o por medios mecánicos (zarandeo), con una 
dosificación especificada, compuesta por una combinación apropiada de tres tipos 
de material: piedra, arena y finos o arcilla, siendo el tamaño máximo deseable del 
material 25 mm. 
Según la Norma EG-2013, se utilizarán materiales granulares naturales 
procedentes de excedentes de excavaciones, canteras, o escorias metálicas; así 
mismo podrán provenir de la trituración de rocas, gravas o estar constituidos por 
una mezcla de productos de diversas procedencias. 
Las partículas de los agregados serán duras, resistentes y durables, sin exceso de 
partículas planas, blandas o desintegrables y sin materia orgánica, terrones de 
arcilla u otras sustancias perjudiciales. Los caminos afirmados comprenden los 
siguientes tipos: 
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• Afirmados con gravas naturales o zarandeadas 
• Afirmados con gravas homogenizadas mediante chancado 
 
 
2.1.2. Caminos afirmados con superficie estabilizada con materiales 
industriales 
Las carreteras afirmadas son estabilizadas para mejorar su resistencia estructural, 
siendo estos: 
• Afirmados con grava tratada con materiales como: asfalto, cemento, 
cal, aditivos químicos y otros 
• Suelos naturales estabilizados con: material granular y finos ligantes, 
asfalto, cemento, cal, aditivos químicos y otros. 
 
2.1.3. Estabilización química de los suelos. 
La estabilización química de suelos es una tecnología de amplia data, que se basa 
en la aplicación de un producto químico, el cual se mezcla íntima y 
homogéneamente con el suelo a tratar, de acuerdo a especificaciones técnicas 
propias del producto. 
Tales estabilizaciones, por lo general, se realizan en los suelos de sub rasante 
inadecuado o pobre, en este caso son conocidos como estabilización suelo 
cemento, suelo cal, suelo asfalto y otros productos diversos. Estabilizar un suelo 
natural consiste en mejorar sus características físicas y/o mecánicas, tales como: 
- Mejora materiales marginales. 
 
- Mejora la resistencia. 
 
- Mejora la durabilidad. 
 
- Controla el cambio de volumen del suelo. 
 
- Mejora la trabajabilidad del suelo. 
 
- Reduce los requerimientos de espesor de los pavimentos. 
 
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- Provee un suelo impermeable. 
 
- Reduce el polvo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Se busca que en todos los casos haya un buen comportamiento ante el esfuerzo y 
deformación de los suelos y de la estructura que se coloque sobre ellos, a lo largo 
de su vida útil. También se emplea para estabilizar una sub base, base o material 
granular, para obtener un material de mejor calidad, denominándose sub base, base 
o material granular tratado o estabilizado. 
Todo producto estabilizador químico debe ir acompañado por los documentos 
siguientes: Manual Informativo y Hoja de Datos de Seguridad. La información 
errónea o incompleta relativa a salud y medio ambiente, se considera como un no 
cumplimiento de esta norma y además, de exclusiva responsabilidad del productor 
y/o distribuidor del producto. En lo que corresponde al cuidado del medio ambiente 
los estabilizadores químicos deben cumplir con la legislación vigente que pueda 
tener relación con todas y cada una de las etapas de su ciclo de vida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.2. Marco teórico general 
 
 
2.2.1.1. Reciclado en frio de carpeta asfáltica 
El reciclado de los pavimentos en frio se denota como un aprovechamiento de los 
recursos disponibles o existentes en obra, en este caso los materiales pueden ser 
reutilizados a manera cuidar el medio ambiente y disminuir el uso de las materias 
primas. 
Reciclado en frío con emulsiones asfálticas, esta técnica de reciclado aprovecha en 
su totalidad los materiales extraídos del pavimento envejecido en condiciones 
técnicas, económicas, sociales y ambientales muy favorables. Existen valiosas 
experiencias en países europeos como Alemania, Países Bajos, Dinamarca y Suiza, 
donde el reciclado de pavimentos ya es un procedimiento habitual. En España a 
partir de los 90 el reciclado de pavimentos con emulsiones asfálticas ha ido 
creciendo. En Estados Unidos se utiliza el 80% del pavimento asfáltico que se fresa 
cada año en los proyectos de ensanchamiento y rehabilitación de carreteras. 
(Constructivo.com, 2016) 
 
Cabe mencionar que el reciclado en frío es una de las alternativas más usadas 
dentro del ámbito de la conservación de vías, siendo una alternativa menos costosa 
y con muchas ventajas. 
 
2.2.2. Emulsiones asfálticas 
El asfalto en general proviene del petróleo crudo. Este se produce de distintos 
grados de estado que pueden ser sólidos, duros y frágiles. En cual, por efecto de 
un calentamiento, adición de solventes o por emulsificantes llegan a un estado 
líquido. 
La emulsión asfáltica se forma por efecto de un emulsificante que genera el 
rompimiento del asfalto base en partículas muy pequeñas y dispersas en agua 
jabonosa. Estas partículas permanecen suspendidas en el agua (H2O) hasta su uso 
en algún proceso constructivo. 
 
 
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Las emulsiones asfálticas están conformadas por cemento asfáltico, agua y un 
agente emulsivo que son parte de la característica principal que es la estabilidad, 
por ello, es necesario que exista una compatibilidad entre el agente emulsivo y el 
cemento asfáltico. 
 
✓ Cemento Asfáltico 
Es una fuente básica de la emulsión asfáltica, el cual constituye entre un 50% - 70% 
del total de la mezcla. 
 
✓ Agua 
El agua también es otro elemento importante en la producción de emulsiones 
asfálticas ya que, puede contener minerales diluidas en la solución o suspendidas. 
La presencia de iones calcio y magnesio pueden ser perjudiciales en la formación 
de emulsiones aniónicas, pero favorables para una emulsión catiónica. 
 
✓ Agentes Emulsivos 
Los agentes emulsivos son agentes tenso-activos que mantiene al asfalto en 
suspensión estable y controlando el tiempo de rotura. Este agente influye en la 
clasificación de emulsiones asfálticas como aniónicas, catiónicas y no-iónicas. 
 
• Agentes emulsivos aniónicos: ácidos grasos, que son productos derivados 
de la madera 
• Agentes emulsivos catiónicos: aminas grasas. 
 
Los agentes emulsivos poseen una configuración especial que la hace compatible 
con un sistema en el que coexistan sustancias polares (agua y apelares cemento 
asfáltico). 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.2.2.1. Clasificación de las emulsiones asfálticas 
Las emulsiones asfálticas se clasifican de acuerdo a tres parámetros: 
 
 
1) Respecto al tipo de emulgente 
 
 
Según esta clasificación se dividen en tres categorías: aniónica, catiónica y 
no iónica. 
 
Emulsiones Aniónicas: En este tipo de emulsiones el agente emulsificante le 
confiere una polaridad negativa a los glóbulos, o sea que éstos adquieren 
una carga negativa. Su uso es un máximo de 2% en peso. 
 
Emulsiones Catiónicas: En este tipo de emulsiones el agente emulsificante 
le confiere una polaridad positiva a los glóbulos, o sea que éstos adquieren 
una carga positiva. Su uso se encuentra entre un 2% - 3% en peso. 
 
Estos dos tipos de emulsiones son las más utilizadas en el área de la 
construcción y mantenimiento de vías, pero existe una última que es la 
emulsión no iónica, el cual ocurre porque el asfalto no tiene carga. Su uso es 
complejo debido a que no existe una tecnología que permita el desarrollo de 
este tipo de emulsión. 
 
2) Respecto a la estabilidad de las emulsiones asfálticas. 
 
 
Para una buena estabilidad de emulsiones asfálticas es necesario una buena 
interacción entre el agente emulsificante y el cemento asfáltico. La 
estabilidad se basa principalmente a la velocidad de rotura, es decir, la 
velocidad con la que las partículas de asfalto se unen. Se dividen en 4 
grupos: rotura rápida (rapid setting, RS), rotura media (médium setting, MS), 
rotura lenta (slow setting, SS) y rotura controlada (quick·setting, QS). 
 
 
 
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✓ Emulsión RS: tiene poca o ninguna capacidad para mezclarse con 
agregados 
✓ Emulsión MS: facilidad al mezclarse con agregado grueso y no se 
mezcle con agregado fino 
✓ Emulsiones SS y QS: diseñados para mezclarse con agregados finos, 
esperando que la QS rompe en forma controlada. 
 
3) Respecto al contenido de asfalto en la emulsión 
 
 
Las emulsiones se identifican por una serie de letras y números que 
involucran a la viscosidad de las emulsiones y la consistencia de la base del 
cemento asfáltico. 
→ La letra “C”, identifica a una emulsión catiónica, su ausencia describe a 
una emulsione aniónica. 
→ La “h” significa que la base asfáltica es más consistente o dura. 
→ La “s” significa que la base asfáltica es más blanda. 
→ La “p” significa que es una emulsión con polímeros. 
→ Las letras "HF" indica que en emulsiones aniónicas tiene una alta flotación. 
→ El número de clasificación indica la viscosidad relativa de la emulsión, 
cuando el número es mayor es porque es más viscoso. 
 
2.2.3. Rompimiento de las Emulsiones Asfálticas 
El tiempo de ruptura de una emulsión asfáltica está controlado principalmente por 
el tipo y cantidad de emulsificante utilizado, además del tipo de agregado utilizado 
para su rompimiento, su composición química y granulométrica, la temperatura y las 
condiciones climáticas. 
Se dice que el tiempo de ruptura en las emulsiones aniónicas es más rápida que las 
catiónicas, y no puede ser utilizada a una baja temperatura. Las emulsiones 
aniónicas son utilizadas en el caso de que el agregado utilizado sea 
extremadamente electropositivo. 
 
 
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Fuente: SAUCEDO, Ray-DIFERENTES USOS Y APLICACIONES EN VÍAS DE 
COMUNICACIÓN DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS (AKZO NOBEL)-2002. 
 
2.2.3.1. Mecanismo de ruptura de las emulsiones catiónicas 
• Adsorción de surfantes iónicos 
• Repulsión entre los glóbulosde asfalto dispersados 
• Proceso electroviscoso, se drena la película de la fase intergota, el fluido 
arrastra los iones y por lo tanto se produce un desbalance en la 
electroneutralidad del sistema. 
• Evaporación del agua 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mecanismo de coalescencia de una emulsión asfáltica al contactar un agregado 
rocoso. 
 
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Formación de un gel asfáltico por evaporación del agua. 
 
 
2.2.4. Curado 
Es el periodo de tiempo necesario para que el asfalto recupere sus propiedades 
origínales. El resultado final es una película cohesiva continua que mantiene a los 
agregados con una fuerte unión de carácter adhesivo. El agua se elimina por 
evaporación, por la aplicación de presión (rodillado), y por absorción por el 
agregado. La evaporación del agua puede ser bastante rápida bajo condiciones 
climáticas favorables, pero excesiva humedad, bajas temperaturas, o lluvias 
inmediatamente después de la aplicación pueden demorar un curado apropiado. 
Cuando se usan emulsiones de roturas lenta y media en mezclas de pavimentación, 
el empleo de agregados ligeramente húmedos facilita el proceso de mezclado y 
recubrimiento. En las emulsiones de rotura lenta, el desarrollo de la resistencia 
depende principalmente de la evaporación y la absorción. 
 
2.2.5. Factor que afecta a la ruptura y el curado 
• Absorción de agua: Un agregado de textura áspera, acelera el tiempo de 
rotura al absorber el agua de emulsión. 
• Contenido de humedad de los agregados: los agregados húmedos tienden 
a hacer más lento el proceso de curado. 
 
 
 
 
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• Condiciones climáticas: la temperatura, la humedad, y la velocidad del 
viento tienen influencia en la velocidad de evaporación del agua. La rotura 
ocurre de manera más rápida en tiempos cálidos. 
• Fuerzas mecánicas: la presión de los rodillos y, hasta cierto punto, el tráfico 
a baja velocidad, desalojan al agua de la mezcla y ayudan a lograr la 
cohesión, el curado y la estabilidad de la mezcla. 
• Temperatura de la emulsión y del agregado: la rotura se demora cuando 
las temperaturas de la emulsión y del agregado son bajas. Esto es 
particularmente evidente en el caso de micro-aglomerados. 
 
2.2.6. Ventaja de las Emulsiones Asfálticas 
• Es un ligante asfáltico no contaminante ni peligroso, ya que contiene del 35 
al 40% de agua como solvente. 
• Su manejo es sencillo y seguro, gracias a su baja viscosidad a temperatura 
ambiente. 
• Se aplica en un lapso muy corto de tiempo, lo que permite la pronta 
funcionalidad de la obra en que se esté usando. 
• Presenta un bajo costo de la fase dispersante, que es el agua. 
• Se emplean materiales pétreos locales, lo que elimina la transportación de 
este tipo de materiales por grandes distancias. 
• El equipo de aplicación es mucho más sencillo debido a que todos sus 
componentes se aplican a temperatura ambiente. 
• Mejora la adherencia y permite una mejor distribución de la mezcla dentro de 
la masa del agregado pétreo. 
• Permite proseguir los trabajos de asfaltado en regiones con climas húmedos 
o durante una temporada de lluvias. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. Descripción del proyecto 
 
 
3.1. Nombre del proyecto 
El presente informe se basa en el diseño y evaluación del “Estudio Definitivo de 
Ingeniería para la Evaluación de Pavimentos Económicos de Carreteras de Bajo 
Tráfico de la Red Vial Nacional Proyecto Piloto Carretera Patahuasi – Yauri – 
Sicuani. Tramo: Yauri – San Genaro L=11.36 km”. 
 
3.2. Ubicación 
El proyecto se encuentra ubicado en el departamento de Cusco, Provincia Espinar, 
distrito de Yauri. La carretera en estudio se inicia en el Puente Cañipia, ubicado en 
la zona urbana de la Ciudad de Yauri y se desarrolla hasta la progresiva 11+360 
ubicado a unos 2km antes del puebl de San Genaro, según los Términos de 
Referencia. El Proyecto Final tiene una longitud de 11+673.04. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Imagen 2: Plano de ubicación de proyecto 
 
 
 
 
 
 
 
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3.3. Clima 
El clima en el área del estudio es 
variable, dependiendo esta de las 
estaciones del año, por que se puede 
resumir a los siguientes datos: 
 
 
 
Las heladas se presentan durante los meses de invierno desde mayo hasta agosto. 
 
 
3.4. Altitud 
A continuación, se muestra un 
cuadro resumen con las 
coordenadas iniciales y finales del 
proyecto: 
 
3.5. Hidrología 
La presencia de lluvias en la carretera es baja, según el mapa de precipitación total 
del Senamhi se encuentra en el rango de 0 – 1 mm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Temperatura Sicuani 
El 
Descanso 
Yauri 
Máxima 
Anual 
20.0° C 18.0° C 17° C 
Media Anual 
Promedio 
9.0° C 8.0° C 7.0° C 
Mínima 
Histórica 
-6.0° C -8.0° C -10° C 
 
Sitio 
Altitud 
(m.s.n.m) 
Coordenadas 
inicial 
Coordenadas 
finales 
 
Yauri 
3900.00 8363655.98 869.687.252 
4007.00 241.458.078 241.458.078 
 
DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
3.6. Sismicidad 
La carretera se encuentra en una zona sísmica elevada, ésta se encuentra ubicada 
en el departamento de Cusco, en la provincia de Espinar, el cual tiene una 
sismicidad de 3 según la Norma Técnica E.030 “Diseño Sismorresistente” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. Desarrollo del tema 
Se realizó el diseño de mezcla en frio empleando una emulsión asfáltica catiónica 
de rotura lenta CSS-1 (4%) con un cemento asfaltico base de 85/100 y agregado de 
la Cantera Canipia. 
 
4.1. Diseño Illinois con los agregados de la Cantera. 
 
 
4.1.1. Granulometría 
Se realizó la combinación de agregados por el Método del Cuadrado para poder 
cumplir con la granulometría del Manual Básico de emulsión asfáltica del Instituto 
Asfaltico (MS-19) que se muestra en la Tabla 01. 
 
 
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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 1: Agregados para Mezcla con Emulsión 
 
Fuente: Manual Básico de Emulsión Asfáltica 
Procedimiento: 
 
Se debe determinar la combinación de agregados correcta que cumpla con las 
especificaciones de granulometría. 
 
Esta combinación de agregados se realizó mediante el método del cuadrado, 
primero se combina la piedra, luego el resultado de esta se combina con la arena. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Imagen 3: Combinación de Agregados- Método del cuadrado 
 
 
 
 
 
 
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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
Resultados: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
De acuerdo a los resultados de granulometría, el porcentaje de finos no es el 
adecuado por lo que se adiciona filler en una dosis de 0,3 bol/m3. 
 
4.1.2. Contenido de asfalto residual tentativo 
Existen varios métodos disponibles para determinar el punto de partida para el 
contenido tentativo de emulsión en la mezcla. Para el presente trabajo se utilizó la 
fórmula que se basa en el porcentaje de agregados que pasan el tamiz N4. 
 
 
 
 
 
 
 
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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
Procedimiento: 
 
1. Determinar el contenido de residuo de la emulsión asfáltica a ser empleada 
usando la Norma ASTM D244. “Residue and Oil Distillate by Distillation” ( 
Residuo y Destilado de Petróleo por Destilación ) 
2. Estimar un contenido inicial de emulsión basada en el peso seco del 
agregado, aplicando la formula apropiada para la mezcla a ser diseñada: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resultados: 
 
 
% 𝒅𝒆 𝒆𝒎𝒖𝒍𝒔𝒊ó𝒏 = 
(𝟎, 𝟎𝟔×𝟒𝟖, 𝟏) + (𝟎, 𝟎𝟏×(𝟏𝟎𝟎 − 𝟒𝟖, 𝟏))×𝟏𝟎𝟎 
𝟏𝟑, 𝟔𝟗𝟔𝟓 
 
% 𝒅𝒆 𝒆𝒎𝒖𝒍𝒔𝒊ó𝒏 = 𝟒% 
 
 
4.1.3. Recubrimiento 
La selección del tipo de emulsión asfálticaque será utilizada en los proyectos 
dependerá de la capacidad que tiene la emulsión en recubrir al agregado en estudio. 
Algunos factores que afectan la selección son: 
• Tipo de agregado. 
• Gradación del agregado y características de los finos 
• Contenido de agua del agregado 
• Disponibilidad de agua en el sitio de construcción 
El ensayo de recubrimiento se realiza combinando el contenido de emulsión 
tentativa con el agregado en estudio y con una cantidad de agua de premezcla. 
 
 
 
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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
El agua de premezcla es de mucha importancia debido a que esta funciona como el 
medio para que la emulsión pueda recubrir al agregado. La insuficiente cantidad de 
agua de premezcla generaría un insuficiente recubrimiento en los agregados de 
mayor tamaño, si es que en la muestra predominan los finos. Por este motivo el 
ensayo de recubrimiento se efectúa a diferentes contenidos de agua en porcentajes 
del peso del agregado seco. 
 
Procedimiento: 
1. Obtener muestras representativas de la emulsión considerada para el 
proyecto. 
2. Obtener muestras representativas del agregado o de la mezcla del agregado. 
3. Preparar el agregado secándolo al aire para ser separada por tamaños 
utilizando los siguientes tamices 1 ",3/4",1/2", 3/8" y N°4. 
4. Determinar el contenido de humedad de una muestra representativa de la 
muestra secada al aire. 
5. Colocar una muestra representativa de agregado en el recipiente y añadir un 
porcentaje de agua como porcentaje en peso del agregado seco y mezclar 
hasta que el agua se disperse totalmente. 
6. Añadir la cantidad de emulsión tentativa previamente calculada y mezclar 
hasta dispersar la emulsión en toda la mezcla. 
7. Repetir los pasos 5 y 6 añadiendo un incremento de 0.5% o 1% de agua 
como porcentaje en peso del agregado seco. 
8. Dejar curar las muestras, preferible al medio ambiente hasta que ocurra la 
rotura de la emulsión. 
9. Calificar la apariencia de la superficie de la mezcla seca por estimación visual 
del área superficial del agregado cubierta con asfalto. Para cada contenido 
de agua de premezcla, anotar el recubrimiento estimado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
Resultados 
El ensayo de recubrimiento fue realizado usando el contenido de asfalto residual 
tentativo (5.5%) y el intervalo de agua de premezcla variando entre 1% y 2.5%. 
Los porcentajes de recubrimiento deben superar el valor límite que da el Método 
lllinois que es de 50% de recubrimiento. Los resultados se muestran en el siguiente 
cuadro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
De los resultados se opta por un agua de premezcla de 2%, debido a que se obtuvo 
un 100% de recubrimiento al poco tiempo de ser mezclado y después de 24 horas, 
cuando la emulsión ya ha roto. Además, la película de asfalto residual que recubre 
al agregado es de un espesor adecuado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
4.1.4. Contenido óptimo de agua en la compactación 
Es necesario optimizar el contenido de agua en la compactación para maximizar las 
propiedades de la mezcla deseada, debido a que este contenido de agua define las 
propiedades de densificación de las muestras compactadas. Esto debe realizarse 
para cada combinación de tipo de emulsión, grado de emulsión y tipo de agregado 
en estudio. 
 
Procedimiento: 
1. Preparar tres muestras de alrededor de 1100 gramos para cada contenido 
de agua de compactación. Generalmente es suficiente cuatro puntos para 
obtener la curva de estabilidad vs Contenido de agua en la compactación. 
2. Se adiciona la cantidad de agua de premezcla obtenido previamente y 
mezclar hasta que el agua se disperse totalmente. 
3. Se le adiciona la cantidad de emulsión obtenida previamente y se mezcla 
hasta dispersar la emulsión en toda la mezcla. 
4. Airear la mezcla para reducir el contenido de agua de la mezcla (humedad 
natural del agregado + agua de premezcla + agua de la emulsión) por cada 
punto que se requiera. 
5. Una vez que las muestras lleguen al contenido de agua deseado, se 
compactan usando los moldes Marshall, con 75 golpes por cara. 
6. El curado se realiza dentro del molde a 22.2° C durante un periodo de 24 
horas. 
7. Se desmoldan las muestras, dejándose airear durante 2 horas y se ensayan 
en el equipo Marshall obteniendo la Curva Estabilidad vs Contenido óptimo 
de agua en la compactación. El óptimo contenido de agua en compactación 
se determina con el punto más alto de la curva y este valor será usado en 
todas las siguientes compactaciones. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
Resultados 
Se tenía anteriormente que la humedad total de la mezcla para un agua de 
premezcla de 2% es de 5.6%. Entonces las muestras fueron compactadas variando 
los contenidos de agua de compactación, mediante una aireación homogénea al 
medio ambiente, se recomienda que el espesor de aireación sea menor a 1" según 
el Método lllinois. Los valores de humedad con que se compactaron las muestras 
fueron de 5%, 4%, 3%, 2% y 1%. Las muestras fueron curadas a 22.2°C dentro del 
molde por un período de 24 horas, para ser desmoldadas 2 horas antes de ser 
ensayadas en estabilidad Marshall. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A continuación, se muestra el Cuadro y el Gráfico de Estabilidad VS. Contenido de 
Humedad. 
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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Del gráfico, se obtiene una máxima estabilidad de 762 Kgf. para el valor de 4.2 de 
humedad de compactación. 
 
4.1.5. Variación del contenido de asfalto residual 
Para determinar el contenido de asfalto residual en una muestra de agregado- 
emulsión se requiere por lo general 5 muestras para realizar una serie de ensayos 
con diferentes contenidos de asfalto. A las muestras se le colocará asfalto 
realizando incrementos de 0.5% del óptimo, calculado en el ítem 4.1.2., de los 
cuales 2 son por encima y los otros 2. 
Procedimiento: 
 
1. Se preparó 5 muestras de alrededor de 1100 gramos para cada contenido de 
asfalto residual. 
2. Adicionar una cierta cantidad de agua para poder mezclar hasta tener una 
mezcla casi homogénea. Cabe resaltar que el asfalto residual proporciona 
una cantidad de agua y es de ello que dependerá la cantidad de premezcla 
a adicionar. Entonces si se adiciona más asfalto residual, no se agregará 
mucha agua de premezcla y de forma inversa. 
3. Adicionar asfalto residual seleccionado y mezclar bien con la emulsión. 
4. Airear la mezcla para reducir el contenido de agua de la mezcla hasta llegar 
al contenido óptimo de agua en la compactación. 
5. Cuando las muestras lleguen al contenido de agua deseado, se compactarán 
las 6 muestras por cada contenido de asfalto residual usando para tres de 
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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
ellas los moldes Marshall estándar y para los otros tres se utilizan los moldes 
Marshall especialmente tratados con base perforada, en todos los casos de 
muestra se darán 75 golpes/cara. 
6. Finalmente, en la etapa de curado se llevará a cabo por un tiempo de 72 
horas en el molde. 
 
6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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TRABAJO FINAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
4.1.6. Elaboración de gráficos 
Una vez terminada el procedimiento lllinois se debe elaboró las gráficas para poder 
determinar el porcentaje óptimo de emulsión. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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DISEÑO YGESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
Analizando las 6 gráficas obtenidas del Diseño Illinois, tomamos como principal 
parámetro la estabilidad Marshall Modificado retenida, esto quiere decir, después 
del proceso de saturación en los moldes con base perforada. Se llega al pico de 
estabilidad retenida cuando se trabaja con un 5.4 % de asfalto residual, este valor 
será tomado como el contenido óptimo de asfalto en la mezcla. Los demás 
parámetros serán mostrados en el siguiente cuadro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Del cuadro anterior se concluye que para el 5.4% de porcentaje óptimo de asfalto 
residual se obtiene parámetros que están dentro de las especificaciones del Diseño 
Illinois, estos parámetros fueron escogidos porque el tramo fue realizado mediante 
la metodología de Illinois ya que, este da mayores criterios de diseño. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
5. Interpretación de resultados 
 
 
 
6. Conclusiones 
❖ La estabilización se enfoca como una solución técnica y económica en 
carreteras para periodos cortos. 
❖ Es importante saber que la emulsión no origina problemas cuando está 
mezclada con petróleo, es decir, la mescla asfáltica puede almacenarse a 
menos de 0g. centígrados, debido a que la emulsión rompe y cubre las 
partículas de petróleo y el agua solo se mantiene como agente de 
trabajabilidad. En las noches al congelarse el agua no alterar la mezcla ya 
que por el día se volverá a licuarse. 
❖ El uso de mezclas asfálticas en frio no requiere el uso de equipos 
sofisticados, por lo cual, su uso es apropiado en zonas remotas y con pocos 
recursos económicos. 
❖ Se debe considerar que en el proceso de producción de mezcla asfáltica con 
Emulsión, se pierde una cierta cantidad de humedad por el manipuleo. Al 
colocar la mezcla y extenderla , también perderá humedad. 
❖ El agua es un agente que puede jugar en contra si no es suministrado 
adecuadamente. 
 
7. Recomendaciones 
❖ Se debe tener cuidado con algunos agregados que contengan sustancias 
extrañas, ya que son inadecuados para mezcla con emulsiones asfálticas. 
Los materiales típicos objetable son: Sustancias orgánicas, esquistos, 
terrones de arcilla y arcilla recubriendo el agregado grueso. 
 
 
 
 
 
 
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DISEÑO Y GESTION DE PAVIMENTOS | 2017-01 
TRABAJO FINAL 
❖ Se recomienda realizar ensayos de laboratorio previos a la iniciación para 
poder familiarizarse con estos y así evitar errores de inexperiencia en las 
investigaciones las cuales podrían alterar los resultados. 
❖ Evitar trabajos con emulsión en durante los periodos de lluvia ya esta puede 
realizar el arrastre del ligante. 
 
❖ Se recomienda realizar pruebas como CBR y Marshall para verificar el 
mejoramiento que produce el uso del aditivo en el material. 
 
8. Bibliografía 
• Fernández Larrauri, V. C. (2012). Reciclado en frío de pavimentos flexibles, 
con el uso de emulsiones asfálticas catiónicas. 
 
• RECICLADO DE PAVIMENTOS. (2016). Constructivo.com. Retrieved 1 July 
2017, from http://www.constructi vo.com/cn/d/novedad.php?id=99 
 
• Secretaría de Comunicaciones y Transportes | Gobierno | gob.mx. 
(2001). Gob.mx. Retrieved 1 July 2017, from http://www.gob.mx/sct 
 
• Vallejo Ramírez, D. C. (2011). Diseño de mezclas asfálticas en frío 
empleando emulsión asfáltica y su evaluación del daño por humedad 
utilizando fillers comerciales. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pág. 33 
http://www.gob.mx/sct