Ingeniería y sus Alcances, Revista de Investigación https://doi.org/10.33996/revistaingenieria.v6i14.88

enero-abril 2022

Volumen 6 / No. 14

ISSN: 2664 – 8245

ISSN-L: 2664 - 8245

www.revistaingenieria.org

pp. 16 – 28

 

 

 

Uso de etileno vinil acetato (EVA) en mezcla asfáltica: Una revisión literaria

Use of ethylene vinyl acetate (EVA) in asphalt mix: A literary review Uso do etileno vinil acetato (EVA) na mistura asfáltica: Uma revisão literária

 

Deysi Liseth Flores Chilón

 fchilondeysilis@crece.uss.edu.pe

https://orcid.org/0000-0002–0366–7316

Universidad Señor de Sipán, Chiclayo, Perú

Sócrates Pedro Muñoz Pérez

msocrates@crece.uss.edu.pe

https://orcid.org/0000-0003–3182–8735

Universidad Señor de Sipán, Chiclayo, Perú

Vanessa Araceli López Vallejos

lvallejosvanes@crece.uss.edu.pe

 https://orcid.org/0000-0002–6407–8881

Universidad Señor de Sipán, Chiclayo, Perú

Ernesto Dante Rodriguez Lafitte

rlafitte @crece.uss.edu.pe

 https://orcid.org/0000-0003–2834– 5097

 

Universidad Señor de Sipán, Chiclayo, Perú

 

 

Artículo recibido el 29 de septiembre 2021, / Aceptado el 28 de octubre 2021 / Publicado el 15 de marzo 2022

 

RESUMEN

En  los  últimos  años  se  ha  visto afectada    la    infraestructura    vial debido  al  incremento  del  tráfico y  las  variaciones  de  temperatura, esto ha ocasionado la aparición de surcos y grietas. El presente trabajo tiene  como  objetivo  realizar  una revisión sistemática de la literatura sobre el uso de etileno vinil acetato (EVA)   en   mezclas   asfálticas.   Se realizó una revisión de 50 artículos científicos    indexados    entre    los años  2015  al  2021,  recopilados  de distintas      de  datos  obtenidas  de Scopus, Sciencedirect, ProQuest, IOP Science y Ebsco. Sobre la revisión se encontraron  investigaciones  de  la influencia de EVA en las propiedades del asfalto. Se examinó el proceso de  selección  de  contenido  óptimo, los  cambios  en  las  propiedades  y los  resultados  obtenidos.  Se  pudo concluir   que   la   adición   de   EVA mejora las propiedades, incrementa la     estabilidad,     disminuye     la formación   de   los   surcos   y   las deformaciones.

 

Palabras clave: Asfalto; etileno  vinil acetato; mezcla asfáltica modificada; pavimento; polímero

ABSTRACT

In recent years the road infrastructure has been affected due to increased traffic and temperature variations, this has caused the appearance of grooves and cracks. The present work aims to carry out a systematic review of the literature on the use of ethylene vinyl acetate (EVA) in asphalt mixtures. A review of 50 scientific articles indexed between the years 2015 to 2021 was carried out, collected from different databases from Scopus, Sciencedirect, ProQuest, IOP Science and Ebsco. Investigations of the influence of EVA on the properties of asphalt. The optimal content selection process, the changes in the properties and the results obtained were reviewed. It was concluded that the addition of EVA improves the properties, increases the stability, and reduces the formation of grooves and deformations.

 

Key words: Student formula; Natural fiber; Horsehair; Vegetable fiber; Cabuya

RESUMO

Nos  últimos  anos,  a  infraestrutura rodoviária  foi  afetada  devido  ao aumento  do  tráfego  e  variações de  temperatura,  o  que  causou  o aparecimento  de  sulcos  e  fissuras. O   presente   trabalho   tem   como objetivo    realizar    uma    revisão sistemática  da  literatura  sobre  a utilização  do  etileno  vinil  acetato (EVA)  em  misturas  asfálticas.  Uma revisão   de   50   artigos   científicos indexados  entre  os  anos  de  2015 a  2021,  coletados  em  diferentes bases de dados obtidos na Scopus, Sciencedirect, ProQuest, IOP Science e Ebsco, foi encontrada na revisão. influência do EVA nas propriedades do  asfalto.  O  processo  de  seleção de  conteúdo  ideal,  as  mudanças nas  propriedades  e  os  resultados obtidos  foram  revisados.  Concluiu- se  que  a  adição  de  EVA  melhora as     propriedades,     aumenta     a estabilidade e reduz a formação de ranhuras e deformações.

 

Palavras-chave: Asfalto; acetato de etileno vinil; mistura de asfalto modificado; calçada; polímero

 

INTRODUCCIÓN

En  los  últimos  años  debido  al  auge  del desarrollo   económico,   los   volúmenes   de tráfico  han  aumentado  rápidamente,  siendo comunes los vehículos más pesados (Li, et al., 2019), y junto con las variaciones climáticas han  ocasionado  averías  en  los  pavimentos como la aparición de surcos y grietas (Santos, Cerezo, Soudani, y Bressi, 2018; Ahmed, Said, Lu,  y  Carlsson,  2019).    Se  considera  que  la capa  es  el  principal  origen  de  la  formación de   los   surcos,   su   susceptibilidad   también está  influenciada  por  las  interacciones  de agregado-asfalto y la proporción de vacíos en los agregados minerales (Rahi, Fini, Hajikarimi, y   Nejad,   2015).   Razón   por   la   cual,   las superficies de asfaltos a base solo de betún no pueden proporcionar las propiedades físicas y  mecánicas  necesarias  para  su  durabilidad (Yadykina, Navolokina, y Gridchin, 2020). Por ello  frente  a  este  problema  los  ingenieros se  han  centrado  en  mejorar  el  rendimiento del asfalto mediante la adición de polímeros (Celauro, Bosurgi, Sollazzo, y Ranieri, 2019).

Para optimizar su rendimiento, por medio de la tecnología se ha modificado el asfalto, inventada con polímeros y otros aditivos que continúan  creciendo  y  se  han  vuelto  más comunes  con  el  paso  del  tiempo  (Adams, Elwardany, Planche, Boysen, y Rovani, 2019). La incorporación de este material en mezclas asfálticas   es   habitual   en   varios   países   y ha  ido  aumentando  de  manera  constante durante  las  últimas  décadas,  siendo  su  uso una posible solución que tiene la capacidad de   ofrecer   rendimiento   mejorado   sobre asfaltos convencionales a altas temperaturas (Brovelli, Crispino, Pais y Pereira, 2015; Xiao, Li, Amirkhanian y  Yuan, 2018). Padhan, Gupta, y Sreeram (2019) exponen que los polímeros se  clasifican  en  dos  categorías,  elastómero termoplástico     y     plastómeros,     además la   existencia   en   el   mercado   una   amplia variedad  de  polímeros  con  características  y propiedades  únicas,  por  ejemplo,  el  etileno vinil acetato (EVA), que es un material plástico, transparente  y  flexible  (Ramírez  Hernández, Aguilar Flores, y Aparicio Saguilán, 2019).

Para contrarrestar los efectos adversos que se producen en asfalto se ha previsto elaborar mezclas asfálticas modificadas con polímeros que se utilizan como aditivos, siendo EVA uno de los más utilizados (Hrušková, Horňáček, y Daučík, 2016) para proporcionar rigidez y minimizar la deformación (Joohari y Giustozzi, 2020). EVA se encuentran entre los polímeros que se utilizan como modificadores e investigación del asfalto (Pouranian, Imaninasab, y Shishehbor, 2020) por lo que hasta la fecha. Se han realizado diversos trabajos de investigación para determinar sus efectos en el asfalto, como el expuesto por Liang, et al., (2019) donde demostraron que el asfalto modificado con EVA proporciona resistencia superior a la  formación  de  surcos a altas temperaturas y resistencia al agrietamiento a temperaturas intermedias y bajas.

Así mismo, Yan, Chen, You, y Tian, 2020) manifestaron que se optimizó la resistencia  a la deformación y el rendimiento a alta temperatura, pero su recuperación elástica no fue mejorada. Sin embargo, se ha prestado poca atención a la importancia de la selección de  EVA  basado  en  su  contenido  de  acetato de   vinilo   (VA)   (Yuliestyan,   Cuadri,   García Morales, y Partal, 2018). Es propicio exponer que   el   comportamiento   reológico   de   un ligante de asfalto está muy relacionado con su  viscosidad  (Diab,  et  al.,  2020)  es  por  eso que el modificador de polímero reemplaza al asfalto para mejorar la estabilidad térmica y la viscosidad buscando mejorar la adherencia y  plasticidad  (Zhang,  Wu,  Luo,  y  Qin,  2021), pero   aún   queda   trabajo   por   hacer   para correlacionar el comportamiento viscoelástico con  su  comportamiento  morfológico  (Singh, Bhupendra; Kumar, Praveen, 2020).

Con  estas  investigaciones  sobre  asfalto modificado  por  EVA  en  los  últimos  años,  se ha   demostrado   que   esta   combinación   es estable en el rendimiento a alta temperatura y   en   diferentes   parámetros   del   proceso de   preparación   también   afectan   a   sus propiedades.   Por   lo   anterior,   el   presente artículo   tuvo   como   propósito   revisar   las últimas  investigaciones  referente  al  uso  de EVA en el asfalto.

 

MÉTODO

Se  han  revisado  50  artículos  indexados de diversas bases de datos, de las cuales 44 fueron  obtenidas  de  Scopus,  1  de  Science Direct, 2 de Proquest, 1 de IOP y 2 de Ebsco, con un rango de búsqueda entre los años 2015 al 2021. Se buscó con las palabras clave: asphalt with ethylene vinyl acetate, asphalt with EVA y polymer EVA. Para un mayor detalle en la Tabla 1 se muestra los artículos distribuidos por base de datos y año de publicación; y en la Tabla 2 se muestra los filtros con los que se ha trabajado y los resultados de búsqueda.

 

 

Tabla 1. Distribución de los artículos según base de datos y año de publicación

 

 

Tabla 2. Método de búsqueda de artículos.

 

 

 

 

 

 

Polímero EVA

DESARROLLO Y DISCUSIÓN

así la elasticidad, propiedades de cohesión y adherencia (Ayupov, Khakimullin, y Kazakulov, 2020). EVA consta de 5% a 50% en peso de VA,

El   copolímero   semicristalino   EVA,   es un  plastómero  que  se  utiliza  con  mucha frecuencia  en  pavimentos,  y  que  provoca cambios   en   el   estado   físico,   químico   y propiedades   morfológicas   del   aglutinante asfáltico (Mansourian, Goahri, y Khosrowshahi, 2019). Es capaz de formar una red resistente a la deformación dentro del betún mejorando los grupos de acetato en la cadena de etileno disminuyen la cristalinidad del copolímero cuyas propiedades son controladas por la cantidad de VA en la estructura (Alatas y Yilmaz, 2017). Se buscó optimizar el parámetro de estructura de la molécula (contenido de VA) en copolímero EVA para la modificación del asfalto, con varias clasificaciones de VA en 12, 18, 25, 32 y 40% de peso. Como resultado, el contenido moderado de VA es de 18%, para adquirir el rendimiento ideal en alta y baja temperatura, y para equilibrar las propiedades viscoelásticas y la estabilidad (Liang, et al., 2017). Así también, otros investigadores utilizan diversos porcentajes de contenido de VA en EVA para modificar el asfalto, tal como se muestra en la Tabla 3.

 

Tabla 3. Porcentaje de VA en EVA.

 

Porcentaje óptimo de EVA

Al mezclar polímeros con asfalto, el polímero comienza a emulsionarse y luego se hincha parcial o completamente hasta disolverse en el asfalto, este proceso depende del contenido de polímero y su composición química; por ello los aditivos poliméricos se agregan generalmente en concentraciones entre el 2 y el 6% del peso del aglutinante asfáltico (Diab, Aboelkasim; You, Zhanping, 2017).

 

Evaluación de las propiedades

Al incorporar  EVA  en  porcentaje  de  3  y 5% en peso al aglutinante base PG 58-28 se mejora la resistencia al agrietamiento a baja temperatura, aumenta la capacidad de sostener deformaciones altas y es excelente para mitigar la formación  de  surcos  (Diab, et al., 2020). En la investigación realizada por Siddig, Feng, y Ming (2018) exponen  que EVA en concentraciones de 1, 3, 5 y    7% en peso añadida al asfalto AH-70, es sometida a pruebas convencionales y de reómetro de cizallamiento dinámico, los resultados muestran que EVA logra mejorar las propiedades de los aglutinantes. Así la formación de surcos disminuye, indicando un mejor rendimiento a altas temperaturas.

Sin embargo, Yan, Hong, You, Ou, y Miljkovic (2021) experimentaron al mezclar betún SK- 70 + 4% de polietileno de baja densidad con EVA en adiciones de 2, 4, 6 y 8% del peso del asfalto;  aumenta  la  viscosidad,  el  módulo de  cizallamiento  complejo  y  la  elasticidad del   betún,   y   mejora   el   comportamiento a   altas   temperaturas.   La   estabilidad   de almacenamiento  y  la  segregación  de  fases fueron    positivamente    afectadas    en    una medida notable. En un estudio sobre el asfalto pen 35/50 más 5% de EVA en peso del asfalto, mezclado a 600 rpm durante 1 hora a 180 °C de  los  investigadores  Costa,  Silva,  Peralta,  y Oliveira (2019).

Lograron una viscosidad más baja  a  altas temperaturas, por lo que mejora la trabajabilidad durante las fases de mezclado y  compactación,  y  presenta  una   mejora en la estabilidad  del  almacenamiento  a altas temperaturas debido a su dispersión homogénea.

 

Otra    experiencia    interesante    fue    la combinación   de   EVA   en   concentraciones de  4,  5,  6,  y  7%  en  peso  con  asfalto  pen 60/70  tras  realizar  ensayos  con  reómetro de   cizallamiento   dinámico,   los   resultados demostraron  que  la  viscosidad  incrementó de 0.411 Pa.s a 1.0986 Pa.s para un contenido de  7%  de  EVA.  El  parámetro  de  formación de  surcos  y  el  módulo  de  corte  complejo aumentaron   después   de   la   modificación, indicando un excelente comportamiento del asfalto (Eldouma y Xiaoming, 2021). Así como la realizado por Fakhri y Kianfar (2021) donde el betún más 6% de EVA en peso es sometido a la prueba de reómetro de haz de flexión (BBR) a bajas temperaturas de -6, -12 y -18ºC dando como resultado la mejora de la relación de energía  de  disipación  a  bajas  temperaturas de –6 y -12ºC y la mejora del comportamiento viscoelástico.

Aunado a lo anterior, Yuliestyan, Cuadri, García Morales, y Partal (2016) mezclaron asfalto pen 70/100 y 160/220 con EVA (utilizaron VA en concentraciones de 7, 18, 28 y 33% de peso) en porcentajes de 5 y 7,5% de peso de asfalto y compararla con mezcla convencional da como resultado que EVA con contenidos de VA más bajos de 7 y 18% de peso, produce una mayor viscosidad a 60 °C, y una mejor elasticidad y susceptibilidad térmica  en temperaturas de servicio medias a altas, en comparación de mezclas no modificadas. En cambio, cuando se experimentó con el asfalto pen 85/100 con polietileno de baja densidad más EVA en 3, 6 y 9% del peso del asfalto mejora la resistencia a la deformación permanente a temperaturas moderadas de 30°C y altas temperaturas de 60°C. Los efectos adversos disminuyeron a medida que el contenido de aditivo aumentó a pesar de que la deformación final fue mayor que la mezcla de sin modificar (Brovelli, Crispino, Pais, y Pereira, 2015).

En este estudio realizado por Saboo, Kumar, Kumar, y Gupta (2018) observaron resultados positivos cuando el asfalto VG-10 modificado con EVA en 3% de su peso, mostró un buen rendimiento a altas temperaturas  de 60°C con valores de fluencia no recuperable bajos de 0.000  , 0.032  ,  0.069 y 0.0210  , para presiones de 0.1 KPa, 3.2 KPa, 5 KPa y 10 Kpa respectivamente; pero presenta gran deformación susceptible a temperaturas intermedias. Efector similares, pero en este caso con los surcos, el asfalto pen 50/70 clasificado como PG 64 con 8.7% de EVA en peso, mejora la resistencia a la formación de surcos en comparación con el asfalto no modificado y los cumplimientos de fluencia no recuperables disminuyeron a 3,2 kPa (Domingos, Faxina, y Bernucci, 2019).

Sin embargo, esta la experiencia de González, Costa, Silva, y Hilliou (2016) donde experimentaron con el asfalto pen 70 /100 más 5% de EVA en peso mezclado a 7200 rpm y 160– 165°C durante 20 min pudieron observar que es menos propenso a cambios microestructurales inducidos y es poco afectado por deformación por cizallamiento. En contraste con el  estudio anterior, Diab (2017) se encuentra la investigación sobre el asfalto pen 60/70 con incorporación de EVA y polipropileno en 3 y 6% de peso, preparada a 180 °C con 2000 rpm que durante 2 horas da como resultado que la tracción indirecta es mayor para la mezcla de asfalto modificado con polímeros que una mezcla sin modificar, así también la relación de resistencia a la tracción (TSR) pasa del 85% y la temperatura de mezcla y compactación afectan aleatoriamente a TSR.

Ahora bien, para evaluar el efecto del tiempo de preparación Yu, Liu, Zhang, Zhu, y Fang (2017) procesaron el asfalto 90A con 2% de EVA más 4% de caucho por peso del asfalto, estos fueron mezclado a 170 °C durante 10 min es cizallado a 3000 rpm durante 5 a 90 min. En el proceso de hinchamiento, el modificador de polímero disperso estabilizado se hincha completamente en la matriz de asfalto y se atraen  entre  sí  para  formar  una  estructura de  red  entrecruzada,  y  las  propiedades  del asfalto modificado se lograron estabilizar. Por último, el estudio sobre el asfalto pen 80/100 con incorporación de EVA en 2, 4, 6, y 8% del peso del asfalto, mezclado a 5000 rpm a 170 °C durante  60  min  presenta  mayor  viscosidad, mejor estabilidad térmica y mejor tracción de fuerza, debido a la reticulación física de las formas de EVA en el asfalto (Liu, et al., 2017).

En la siguiente Tabla 4 se observa el resumen de varias investigaciones sobre el efecto de EVA en el asfalto, la metodología empleada, resultados y contenido óptimo.

 

Tabla 4. Resultados de la investigación sobre EVA para la modificación de asfalto.

 

 

 

 

 

 

CONCLUSIÓN

Debido    a    la    formación    de    surcos y    agrietamientos    en    el    pavimento;    los aglutinantes asfálticos se encuentran proclives al envejecimiento, ocasionando su deterioro. Además,   la   carga   del   tráfico   y   el   clima conllevan a la rotura del pavimento haciendo que disminuye su vida útil. Estas fallas están relacionadas   con   el   aglutinante   asfáltico y  pueden  ser  controladas  modificando  las mezclas con polímeros.

Los  polímeros  tienen  la  capacidad  de mejorar las propiedades de asfalto a elevadas y  bajas  temperaturas  asegurando  de  esta manera  la  vida  útil  de  las  carreteras.  En este sentido la mayoría de los estudios está enfocado  en  determinar  la  dosis  óptima  de polímero  EVA  en  mezclas  asfálticas,  que  es aproximadamente 3 al 5% por peso de asfalto, a si también el porcentaje óptimo de contenido de VA en EVA que es el 18% del peso de EVA.

Los  estudios  de  estos  últimos  años  han demostrado   que   la   incorporación   de   un porcentaje  óptimo  de  EVA  en  el  asfalto  es estable  en  el  rendimiento  de  altas  y  bajas temperatura  y  afecta  favorablemente  a  sus propiedades,   incrementa   la   estabilidad,   y aumenta  la  resistencia  a  la  formación  de surcos y a la deformación. Esto alarga la vida útil de los pavimentos, por lo que resulta más económico la construcción de carreteras con polímeros.

 

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