Efecto de la incorporación de cascarilla de arroz sobre

Efecto de la incorporación de cascarilla de arroz sobre las propiedades mecánicas de concretos y bloques de suelo cemento.

Una Revisión Sistemática

1

Resumen — La elaboración de bloques de suelo cemento no cocidos y concretos modificados con cascarilla

de arroz, se ha convertido en una alternativa de solución ambiental y de bajo costo energético para el

aprovechamiento de este tipo de residuos, dado sus bajos requerimientos energéticos y baja emisión de gases

contaminantes y material particulado. En este trabajo se presenta una revisión sistemática sobre las propiedades

físicas y mecánicas de bloques de suelo cemento y concretos elaborados a partir de residuos de cascarilla de

arroz, se espera que con el desarrollo de este trabajo se incentive a la realización de revisiones de literatura

enfocadas a otros residuos agroindustriales que permitan su valorización para la producción de ladrillos y

concreto a gran escala y conduzca a una construcción económica y sostenible.

Palabras claves: Bricks, Concret, Fly Ash, Rice Husk Ash.

I. INTRODUCCION

El cemento es un material básico y esencial en la construcción. Debido a su alta demanda y rápido crecimiento

en desarrollos constructivos, se visibilizo una preocupante coyuntura que ha ido en ascenso durante la última

década, ya que genera grandes problemas de contaminación medioambiental alrededor del mundo sumado a

ello también contamos con ladrillos de suelo cemento (llamados comúnmente, ladrillos sin cocer) están

compuestos de tierra, moldeados a mano y curados directamente a la luz del sol sin compactación. Diferentes

modificaciones se han realizado en cuanto a las materias primas y los procesos de fabricación para mejorar el

rendimiento de los BSC y mezclas de concretos en sus diferentes propiedades físicas y químicas [1][2]. En la

sociedad moderna, los ladrillos sin cocción se producen estableciendo y equilibrando el suelo o la arena con

una variación de aglutinantes [3]. Los BSC dejan ver propiedades con un progreso positivo debido a la unión

con mejoras entre las partículas finas en relación con los ladrillos no estabilizados. Las unidades de mampostería

(ladrillos) sin cocción actualmente se fabrican a máquina en vez de moldearse a mano cómo se hacía antes.

Los bloques de suelo cemento se comprimen vibrando o compactando la mezcla fresca. A veces, estas mezclas

frescas se acondicionan con propiedades autocompactantes y simplemente se vierten directamente en los

moldes [4].

La progresiva exigencia de prácticas de construcción sustentable y ecológica ha impulsado a los investigadores

a inquirir alternativas factibles a los materiales tradicionales a base de cemento, arena y cal. La estabilización

de concretos y BSC por medio de aglutinantes químicos optimizados mediante la implementación de álcalis o

Efecto de la incorporación de cascarilla de arroz

sobre las propiedades mecánicas de concretos y

bloques de suelo cemento. Una Revisión

Sistemática

J. Cataño1, K. Guzman1, and M. Perpiñan1

Trabajo para optar al título de Ingeniero Civil

Universidad Cooperativa De Colombia, Facultad de Ingeniería

Medellín, Antioquia, Colombia

Enero-2021

Oscar Felipe Arbeláez Pérez - Asesor Metodológico y Técnico del Trabajo de Grado



2

mecanismos de geo polimerización constata el reciente hincapié en la fabricación y producción sostenible [5].

El uso de materiales de desecho como reemplazo del suelo se ha demostrado ser una opción viable para

conservar los recursos naturales, de hecho diversas investigaciones han mostrado que la incorporación de

cenizas volantes, polvo de ladrillo, residuos de la industria de papel reciclado, arena triturada y cenizas de

fondo, ha permitido mejorar las propiedades físicas y mecánicas de los ladrillos [6].

Mundialmente se consume alrededor de 501,3 millones de toneladas de arroz [7], una gran parte de la cáscara

de arroz es utilizada como biocombustible para alimentar calderas y durante la quema de la cáscara de arroz se

generan elevadas emisiones de dióxido de carbono, causando diferentes problemas medioambientales. Desde

hace décadas, los residuos de la cascarilla de arroz, se ha utilizado como material de reemplazo muy reactivo

en la producción de bloques de suelo cemento, mostrando un aumento en las propiedades físicas y mecánicas,

dado su elevado contenido de sílice, el cual está por encima del 95% [8].

A pesar de que se han realizado estudios previos sobre el desempeño de cascarilla de arroz, su aplicación sobre

las propiedades físicas y mecánicas cuando se utiliza como material de reemplazo en la preparación de bloques

de suelo cemento, aún no se ha estudiado de manera sistemática. Por lo tanto, existe la necesidad de una revisión

metódica y detallada sobre el estado de la técnica en la utilización de cascarilla de arroz en la industria de la

construcción, y específicamente en la producción de bloques no cocidos, reemplazos parciales de cemento en

mezclas, y en aras de producir materiales de forma más limpia. Por consiguiente, esta investigación se focaliza

en el progreso de un marco fundamentado en una revisión profunda y minuciosa de la literatura para el

aprovechamiento efectivo de cascarilla de arroz como materia prima para productos de construcción. La

revisión explora las características químicas y microestructurales de la cascarilla y se centra en la utilización de

cascarilla de arroz en bloques de suelo cemento, también del concreto y se presenta un marco detallado sobre

la utilización de cascarilla de arroz en otros productos de construcción.

El arroz es uno de los principales cultivos alrededor del mundo, su consumo ha aumentado paulatinamente con

el paso del tiempo, alcanzando 501,3 millones de toneladas de arroz para el año 2019 [7]. La cascarilla de

arroz es la cubierta externa del arroz, la cual posee poco valor nutricional y por tanto, se elimina durante el

proceso de molienda del mismo [9]. La cascarilla de arroz representa alrededor del 15 al 20% del fruto, y

tradicionalmente, se desecha en vertederos o es utilizada como abono desaprovechado debido a la falta de

metodologías y especificaciones técnicas adecuadas [10] para su aprovechamiento. Por ejemplo, India, segundo

país productor de arroz a nivel mundial, utiliza menos del 1% de la producción total de los residuos de cascarilla,

lo que Implica que la cantidad no utilizada de residuos que se desecha en los vertederos es de millones de

toneladas métricas por año.

La eliminación inadecuada de los residuos de cascarilla de arroz tiene efectos nocivos sobre el medio ambiente,

como la contaminación de la tierra y de las fuentes hídricas, lo cual a su vez, tiene a largo plazo afectación sobre

la salud humana. Por lo tanto, las alternativas de utilización de la cascarilla de arroz permitirían su valorización

en productos de alto valor agregado.

1. Producción mundial de arroz en cascara por año. Tabla adaptada [7]

Figura 1. Producción mundial de arroz en cascara por año

600

650

700

750

800

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

Produccion mundial de arroz en cascara por año.



3

Composición química de la Cascarilla de Arroz.

La cascarilla de arroz es un tejido vegetal, que en gran parte está conformado por celulosa y sílice, este último

un elemento que brinda resistencia al cemento, la cascarilla de arroz al ser rica con contenido de este es ideal

para su utilización como material agroindustrial, entre los porcentajes de los elementos que la componen el que

tiene un grado alto de relevancia es el sílice (20%), la cascarilla de arroz sufre procesos de disociación al

quemarse, debido a ello dificulta la combustión continua y completa. Su poder calorífico es de 3,281 cal/kilo,

esto por poseer una estructura cerrada, una de sus características es que a condiciones naturales posee una baja

biodegradación, según estudios la cascarilla de arroz al ser incinerada genera 17,8 % aproximadamente de

ceniza con contenido de sílice [11] [14].

Tabla 1. Composición química de la cascarilla de arroz y la ceniza de cascarilla de arroz por A. Prada y C. Cortés [11] .

Cascarilla de arroz Ceniza de Cascarilla de arroz

Componente % Componente %

Carbono 39,1 Ceniza de sílice (SiO2) 94,1

Hidrogeno 5,2 Oxido de Calcio (CaO) 0,55

Nitrógeno 0,6 Oxido de magnesio (MgO) 0,95

Oxigeno 37,2 Oxido de Potasio (K2O) 2,1

Azufre 0,1 Oxido de Sodio (Na2O) 0,11

Cenizas 17,8 Sulfato 0,06

Cloro 0,05

Oxido de Titanio (TiO2) 0,05

Oxido de Aluminio (Al2O3) 0,12

Otros Componentes (P2O5 F2 O3) 1,82

TOTAL 100 TOTAL 100

Tabla 2. Tabla composición elemental de la cascarilla de arroz a diferentes % de humedad en Colombia por A. Valverde,

B. Sarria, and J. Monteagudo [14].

Cascarilla de Arroz

Humedad Carbono Hidrogeno Oxigeno Nitrógeno Azufre Cenizas

8,6 42,5 6 36,2 0,21 0,49 14,6

8,9 39,1 5,2 37,2 0,27 0,43 17,8

9,4 33,4 4,3 38,5 0,38 0,32 23,1

Usos de la cascarilla de arroz.

Debido a la alta producción de arroz y a la acumulación de los desechos que ésta genera, a nivel general ha

surgido la necesidad de experimentar en diferentes campos ensayos para un mejor aprovechamiento de este

producto, por medio de distintos mecanismos se han logrado buenos resultados llegando así obtener materiales

con múltiples aplicaciones [11] tales como producción de electricidad, esto debido su alto potencial calorífico

de combustión ý su particularidad de material inflamable, también se ha hablado de su uso como sustituto de

la madera, en la actualidad cada vez va más en aumento la tala indiscriminada de árboles, es por ello que ha

surgido investigaciones para crear polímeros sintéticos a partir de la cascarilla de arroz , estos aportan altas

resistencias e impermeabilidad, supliendo la fabricación de muebles de madera, divisiones de paredes, etc. [12]

así mismo aprovechando su poder calorífico y sus características físicas y químicas, sumando a que su

biodegradación resulta un poco lenta, automáticamente se transforma en un desecho altamente contaminante

particularmente para las fuentes hídricas, se hicieron estudios para proponer el uso de cascarillas de arroz como



4

combustible alternativos de uso doméstico [13] de igual manera este producto es utilizado en la fabricación de

concretos de alta resistencia, en Colombia se ejecutó un proyecto coordinado por unos estudiantes de la

universidad del valle, para llevar a cabo el proceso inicialmente sometieron a una quema especial la cascarilla

para deshacer todo rastro de la composición orgánica del grano de arroz, luego lo sometieron a un procedimiento

químico para extraer el sílice, notaron que en sus característica era de tono blanco y de estructura amorfa, dicha

característica le da al concreto una mayor resistencia, y según los resultados hubo una mejoría en la resistencia

al compresión respecto a los ensayos realizados con concretos sin adiciones [12]. otros usos de este producto

han sido la obtención de etanol, por método de fermentación, la utilización en procesos de compostajes y

filtración para aguas residuales, aislantes térmicos entre otros [11].

Dado el rápido crecimiento de la población, lo cual están directamente ligado a los requerimientos de materiales

de construcción tales como concretos, BSC, entre otros, muchos desechos agrícolas e industriales se están

utilizando en el sector de la construcción como alternativas de reemplazo del cemento, los agregados finos y

los agregados gruesos. En particular el alto contenido de sílice amorfa en la cascarilla, lo cual le confiere una

adecuada actividad puzolánico, que le permite ser utilizada como materia prima sostenible en el sector de la

construcción en lugar de eliminarse como material de desecho. En esta revisión se presentan los resultados más

relevantes de la incorporación de cascarilla de arroz sobre las propiedades físicas y mecánicas en la elaboración

de bloques de suelo cemento no cocidos. Se espera que este estudio permita presentar una vía de utilización de

la cascarilla de arroz en el sector de la construcción.

II. MÉTODO.

La investigación se efectuó con una búsqueda en las bases de datos como Sciencie Direct y Springer jornal con

operadores booleanos como AND y “”, las palabras clave sutilizadas para la búsqueda fueron: Bricks, Concret,

Rice Husk Ash (RHA) y Fly Ash. Los criterios de inclusión fueron artículos en inglés, entre el 2010 y agosto

del 2020. Los artículos fueron escogidos mediante la metodología de método descriptivo el cual es el más usado

para analizar, reunir, organizar, generalizar y presentar los resultados de las indagaciones recopiladas durante

el periodo de observación y análisis de literatura. Este método involucra la compilación y presentación

sistemática de datos para brindar una apreciación clara del presente documento. Al final de la búsqueda se

obtuvieron un total de 721 artículos el cual se le realizo el proceso anteriormente dicho.

Figura 2. Diagrama de selección de artículos para revisión.



5

III. RESULTADOS

Las siguientes tablas muestra el resumen de datos obtenidos de cada artículo uno para el reemplazo en el

concreto y otro en bloques, se han evaluado 33 artículos, con estos datos se analizó las tendencias entre los

porcentajes de adicción y resistencia a la compresión, densidad, resistencia a la tracción, Resistencia a la flexión

y cantidad de países investigando sobre el tema.

Tabla 3. Artículos analizados según autores, año de publicación, objetivos y principales resultados para concretos.

RESULTADOS DE OTROS TRABAJOS SOBRE EL REEMPLAZO DE CEMENTO EN CONCRETOS

Referencia A/c Tamaño

del

agregado

fino(

mm)

Tamaño

del

agregado

grueso

(mm)

%

de

cca

Resistencia

a la

compresión

( Mpa)

Densidad

(kg/m3)

%

absorción

Resistencia

a la

tracción

(Mpa)

Resistencia

a la flexión

(Mpa)

Norma

utilizada

País

[15] 0,46 - - 0 41 - 7 - - Is India

5 42 6

10 46 5

15 37 5

20 35 4

[16] - 4,75 9 0 46,43 2041 - - - Ms China

5 48,45 -

10 50,72

15 50,12

20 47,32

[17] 0,21 - 10 0 48,31 - - - - Astm Taiwan

30 34,43

[18] 0,46 4,75 20 0 36 - 4 - 4,8 Astm India

10 37 4 4,85

[19] 0,4 2,7 20 0 35,6 - 3 - 5,21 Is India

10 31,7 3 5,13

15 29,4 4 4,95

0,5 0 35 4 4,85

10 30,9 4 4,69

15 28,8 4 4,13

0,6 0 31 4 3,96

10 28,6 4 3,87

15 26 4 3,58

[20] 0,42 - - 0 45 - - - - Astm India

10 49

20 47

30 43

40 39

[21] 0,28 - - 20 41 - - - - Astm Tailandia

[22] 0,44 4,75 10 0 41,4 1,8 Is India



6

10 43,4 2

20 36,2 1,9

30 30,3 1,7

[23] 0,49 - - 0 45,1 - 10 - 6,76 Astm Iran

10 45,3 9 6,64

20 40,1 10 6,02

30 38,7 10 5,81

[24] 0,5 4,75 12,5 0 53,4 - - 3,54 - Astm Iran

5 57,7 3,71

10 54,8 3,69

15 50,3 3,63

20 47,5 2,94

[25] 0,73 4,75 16 5 34,6 2610 3,42 2,51 - Metodología

de Allen

Trinidad y

Tobago 0,74 7,5 33,1 2580 3,53 2,46

0,93 10 26,1 2610 3,56 2,42

0,9 12,5 22,7 2520 4,08 2,25

0,85 15 25,5 2480 4,16 2,17

[26] 0,7 2,3 19 25 15,38 - - - - - Canadá

0,87 40 11,46

0,95 50 8,92

[27] 0,36 2,63 20 5 49,15 - - 4,6 4,87 - India

10 47,08 4,26 4,76

15 45,04 4,19 4,72

[28] 0,31 2,67 16 10 54,8 - - - - Astm Tailandia

0,46 20 28

0,75 40 19,1

1,17 60 10,4

1,8 80 4,1

[29] - 4,75 20 5 43,36 - - - 6,26 Is India

6 46,17 6,1

7 48 6,31

[30] 0,45 2,65 6,56 20 38,3 - - - - Is Tailandia

35 34,4

50 27

[31] - 2,54 6,85 5 34 - - 2,7 7,3 Astm India

10 35 2,9 5,2

15 40 2,3 4,7

20 36 2,2 4,2

[32] 0,45 4,75 20 10 37,3 - - - 5,7 Astm India

[33] - - - 5 34,2 2617 3,36 3,2 - - Trinidad y

Tobago 10 32,3 2563 3,51 2,46

15 33,7 2471 4,11 2,26

20 30,04 2500 4,09 2,09



7

[34] - - 0,5 10 49 - - - - Astm Alemania

[35] 4,75 - 10 55,8 2110 - - - Astm China

15 57,7

20 58

[36] 0,44 2,49 12 7,5 49,5 2031 15 - - Astm Eeuu

15 52,4 1985

[37] - 2,73 14 5 42,6 - 0,069 2,85 3,46 Astm India

15 39,31 0,092 2,75 3,08

25 31,59 0,112 1,93 2,83

[38] 0,41 4,75 16 10 43,1 - - 3,5 - - India

15 50,2 3,6

20 41,0 3,2

Tabla 4. Artículos analizados según autores, año de publicación, objetivos y principales resultados para ladrillos.

RESULTADOS DE OTROS TRABAJOS SOBRE EL REEMPLAZO DE CEMENTO EN LADRILLOS

Referencia A/c Tamaño

del

agregado

fino

(mm)

% de

cca

Resistencia a

la

comprensión

( Mpa)

Densidad

(kg/m3)

%

absorción

Resistencia

a la

tracción

(Mpa)

Resistencia

a la flexión

(Mpa)

Norma

utilizada

País

[39] - - 0 - 22 - 15 Une Italia

5 15,34 11,55

10 17,77 8,94

15 22,86 6,43

20 27,89 4,64

[40] 0,4 4,75 0 22,3 2130 7,7 - - Astm Sri lanka

5 22,8 2107 7,8

10 23 2162 7,2

15 24,7 2182 6,8

20 20,9 2076 7,9

[41] - - 25 3,3 - 15,27 - - - India

[42] - - 5 5,1 - 20,93 - - Astm Pakistán

[43] - - 5 6,5 - 17,1 - 1,26 Astm Pakistán

10 5,6 17,5 1,46

15 5 20 0,85

[44] - 4,75 5 12,34 - - - - - Sri Lanka

10 9,54

15 8,35

20 7,33

[45] 0,51 2,6 10 28,1 1600 9,9 - 6,5 Astm Vietnam

20 24,4 12,7 6,3

30 23,1 15,4 5,9

40 20,9 17,8 5,7



8

[46] - - 10 37 1700 20,3 - - Astm España

20 29,8 1557 25

30 19,7 1420 33,2

[47] - - 5 74,3 1850 - - - Astm Egipto

10 35,9 1740

15 27 1580 2,118

Graficas correspondientes a la Tabla 3. Artículos analizados según autores, año de publicación, objetivos y principales

resultados para concretos.

Figura 3. Comparación de resistencia a la compresión (MPA) vs porcentajes de adición de RHA.

Figura 4. Comparación de densidad vs porcentajes de adición de RHA.



9

Figura 5. Comparación de relación de agua/cemento vs Resistencia a la compresión.

Figura 6. Comparación de resistencia a la flexión vs porcentajes de adición de RHA.



10

Figura 7. Comparación de resistencia a la tracción vs porcentajes de adición de RHA.

Figura 8. Investigación por países.

42%

8%4%15%

4%

11%

4%8%

4%

Investigación por países

INDIA

CHINA

EEUU

TRINIDAD Y TOBAGO

ALEMANIA

TAILANDIA

CANADA

IRAN

TAIWAN



11

IV. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

Se orientó esta investigación literaria en indagar la importancia y el alcance experimental de una mezcla

optimizada con CCA o cenizas de cascarilla de arroz. Donde se recolectaron, evidenciaron y evaluaron las

diferentes propiedades en los diversos estudios, dando como resultados de esta búsqueda, que el reemplazo en

las mezclas con un porcentaje de CCA aumenta la resistencia a medida que se incrementa el tiempo de curado,

esto debido primordialmente a la actividad puzolánica contenida en las cenizas de cascarilla de arroz [48] así

mismo se pudo observar que un alto contenido de RHA modifica sustancialmente la densidad aparente y la

densidad seca en los bloques, además las propiedades mecánicas resistencia a la tracción, flexión y compresión,

son levemente mejores. [44] De hecho la identificación de características físico-químicas evidencia que el CCA

refleja una adecuada composición como materia suplementaria principal para adiciones que cumplan con los

estándares establecidos [46], además pos su característica porosa el CCA consigue absorber, conservar y

expulsar agua durante el desarrollo y proceso de hidratación, por lo que puede reducir el tamaño de los poros o

vacíos [35]. Por el adecuado desempeño del CCA demostrado en mezclas y demás beneficios tanto económicos

como ambientales indica que puede ser utilizado en la producción de mezclas para construcción

Tal como se evidencia en la tabla 3 se muestra que la relación agua/cemento tiene un efecto significativo sobre

las diferentes propiedades físicas de los concretos, de la Figura 5 se puede observar que un aumento en la

relación a/c genera una disminución en la resistencia a la compresión, esto se asocia a un menor contenido de

cemento, así mismo se puede observar que el aumento de la resistencia a la compresión, Tracción y flexión esta

entre las adiciones de CCA del 5 al 20 % y con un porcentaje mayor empieza a disminuir, india al ser unos de

los países con mayor producción de arroz por año, la densidad no presenta un cambio signicativo sin importar

el % de CCA, se ve en la necesidad de darle un mejor uso a los residuos generados por la cascarilla de arroz, es

por ello que es uno de los países con mayor investigación abordando este tema como se ve en la Figura 8.

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Juan David Cataño Misas (1998), nació en Cáceres Antioquia, y en sus primeros años de

edad se crio y se formó académicamente en El Jardín Tamana Antioquia, recibió grado de

bachiller del colegio Institución Educativa Presbítero Juan J. Escobar de Medellín en el año

2015, actualmente y desde el primer semestre del 2016 empezó estudios de pregrado en

ingeniería civil, en la universidad cooperativa de Colombia, sede Medellín.

Katty Guzmán López (1994), nació en Caucasia- Antioquia, y en sus primeros años de

edad se establece en la ciudad de Medellín, se formó académicamente en la Institución

educativa Rafael J. Mejía en Sabaneta- Antioquia, recibió grado de bachiller del politécnico

integral Colombiano de Envigado- Antioquia en el año 2011, se graduó de tecnóloga en

obras civiles del Sena en el año 2015, inicio sus estudios universitarios en el 2015- II en la

universidad Cooperativa de Colombia en el programa de Ingeniería Civil. Sede Medellín.

Mario Luis Perpiñan Peña (1996), nació en Santa Marta, Magdalena, a sus 9 años se

radicó en el Municipio de Bosconia ubicado en el departamento del Cesar, donde se formó

académicamente y obtuvo el título de bachiller en el colegio Eloy Quintero Araujo en el

año 2012, inicio sus estudios de Ingeniería Civil en la Universidad Cooperativa de

Colombia (UCC) sede Santa Marta, solicitó un intercambio de sede, UCC Medellín donde

actualmente se encuentra culminando el pregrado.

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Efecto de la incorporación de cascarilla de arroz sobre