NOTAS TECNICAS USO DE LA CASCARILLA DE ARROZ EN HORMIGONES LIVIANOS Vladimiro VALDES R.· Carlos VALLEJOS R. *. RESUMEN Se estu di« la p osibilidad de aplicar cascarilla de arroz como agregado en la confeccion de hormigones livianos. Despues de de termin ar algunas propiedades fisicas de la cascarilla, se confeccionan series de hormigones con cemento cascarilla y A cascarilla de los cemento con c lavab ilidad y serrab iii dad. ob tenidos permite« afirmar que posible la [abricacion de hormigones resultados tecnicamente livianos y hormigones fabricados se les determina las mecanicas a com-presion y [lexo traccion, du c tividad te rm ica, Los arroz arena. resistencias con con con conjeccio« es cascarilla de de arroz y tabiques, paneles, su aplicacion en sobrelosas etc., la no sop ortantes. Finalmente conviene tener algunas recomendaciones, que p resen te, al confeccionar estos horm i­ se gones. • •• Inveltigador del IDIEM. COnltruc:tor Civil, Universidad Tec:nic:a del Estado. dan vol. 17, nO I, mayo 1978 REVISTA DEL IDIEM 34 INTRODUCCION EI hormigon liviano ha tenido gran auge en la ultima decada, especialmente significa su bajo palses industrializados, porque a la mayor econom fa que peso, se agregan otras ventajas (sobre el h orm igon tradicional), como m ejores propiedades de aislacion termica que el h orm igo n normal. El ACI define como agregado liviano para h orm igon aquel cuyo excede de I 123 kg/ml (70 Ib/pie1). Se consideran como hormigones los que tienen un peso especlfico aparente no superior a 1 605 en son sus peso no livianos kg/m 1 Ib/pie1). (100 Hummel,· otra por define parte, tres de grupos livianos: hormigones esp�ci'fico. aparente. de 300 a 800 kg/ml. Horm igones con pe.o. espec{fico. aparen tes de 800 a 1 200 kg/ml Horm lgones con peso. especfficos aparenres de 1 200 a 1 600 kg/ml. En nuestro pal', aunque el empleo del hormigon Iiviano no esta difundido Horm igones a) b) c) con peso. aun -tampoco existe norm chilena al respectodifere ntes tipos de arid os alie acion realizando han y se se estan investigaciones con ligeros, tales como piedra pomez, arc ilIa expandida, poliestireno expandido, agregados de origen organico erc., todas elIas tendientes a obtener un producto que reuna las mejores propiedades de aislacion termica y/o que proporcione las mas altas . , . . resistencras mec amcas. Poaib lem ente, de 101 principales inconvenientes que presentan los agregados livianos es su elevado costo: no siempre se encuentran en abundancia y generalmente necesitan de un proceso previo antes de ser usados en la con­ feccion de hormigones, 10 que indudablemente va en perjuicio de la economla uno del material. alIi que haya pensado en el empleo de la cascarilla de arro z que, entre 101 agregados de tipo organico, no necesitan de ningun tratamiento previo, es bastante liviano, por IU contenido de silice es el menos perjudicial para la hidratacion del cementa y -10 que es de especial importancia- de bajo costo, ya que actualmente se usa solamente como combustible en algunos molinos 0 como abono. Siendo un producto de desecho, su costo seda unica­ De se el que demande IU retiro de 101 molinos donde se procesa el arroz. Por otra parte, de acuerdo a una encuesta realizada, se ha podido constatar mente que la Los paddy, que de cascarilla produccicn el decir, donde el recogieron autores se arroz all! se puede la informacion de ser ver procesado, la la en arroz pro duccion diaria de central de Chile, zona elaborado en nuestro pals. I, que la cantidad de cascarilla que resulta diariamente es este tener al sobre la Tabla correspondiente apreciable. Puesto que bajo costo, podda Iivianos. relativamente elevada. procesa la casi totalidad del Esta informacion, y antes es ano 1976, se presenta material, segun 10 hemos aplicaci6n como ya agregado en dicho, para es de muy hormigones CASCARILLA DE ARROZ EN HORMIGpNES TABLA PRODUCCION DIARIA EN LA DE I CASCARILLA ZONA Molino 35 DE ARROZ CENTRAL Paddy Cascarilla t/diarias tl d iarias Santiago 60 Ega Tucapel 25 Orsini 22 - - 15 30 6 25 4 9 5 - 40 Cristal 17 - 8 Talca Mira flores 60 Zaror 50 10 Jotabeche 18 4 Talca 13 0.5 12 13 - LA CASCARILLA DE ARROZ Caracteri'sticas Este producto de cucharilla de 7 mm de alargada largo y 3 supe rfic ie una adherencia Po r de desecho, obtenido de la con y tiene mm un tam e lab o rac afi o de ancho. AI io n del arroz, presenta uniforme, microscopio, que e es forma aproximadamente incluso al tacto, presenta fibrosa y rugosa, 10 que pue de constituir una ventaja para la pasta de ce m e n t o. AI re sp e c to ver Figs. I, 2, 3 y 4. las condiciones ya enunciadas, la cascarilla pue d e constituir un su buen hormigones Iigeros� Sin embargo, hasta el momento no se conocen investigaciones sis tern a t ic as -al menos en nuestro pais­ para determinar su comportamiento como integrante del h orm igcn. agregado Fig. 1. para la c on fe cc io n de Cascarilla de arroz, umano natural. Fig. 2. M icroscopia de barrido de 1a rilla de arroz, 15 X. casca­ vol. 17, nO I, mayo 1978 REVISTA DEL IDIEM 36 fia.3. Cara eKterior de la calcarilla. Micro.- copia fia.4. _ Cara interior de la ca.carilla. Vista de la de barrido, 600 X. euructura interna a travel de una de la membrana que eubre la cascarilla. Microscopia de barrido, rotura 1 120 X. fisicas de la cascarilla de Propiedades arroz La determinacion de algunas de las propiedades flsicas de la cascarilla de arroz ba presentado problemas, porque no nos fue posible encontrar m et o dos n orm ali­ zados para medirlas ya que no existen normas nacionales aplicables a esre caso, ni siquiera por asirn ilac ion, y tampoco encontramos norma. extranjeras que vinieran al Fue necesario recurrir caso. y conformarse con co nrinuac A cascarilla de resultados ion arroz en que de vista ese m m e ro d os de ensayos no tradicionales aproximados. la Tabla II presentan las propiedades {{sicas de Ia determinaron. Son elIas las densidades en distintas se condiciones de humedad y de buecos. Estas a com se p acrac ion, la ab so rcion y el contenido de parecieron las caractedsticas mas importantes desde el punto del empleo de la cascarilla como arido para horm igen liviano, y por otivo se nos eligieron. TABLA II PROPIEDADES FISICAS DE LA CASCARILLA DE ARROZ 3 Densidad aparente suelta (!ta/m ) 107 Densidad aparente asentada (!tg/m') (!tg/m3 ) (!tg/m') 118 Densidad aparente apisonada Densidad real seca" Densidad real del material turado • con 134 700 sa- 3 sup erficie leea- (kg/m ) 1.240 Abloreion· (°10) 60 Contenido de huecos" (°10) 80 Valorea .010 aproximadol, debido a problemas de metodologfa de ensayo. DE ARROZ EN HORMIGONES CASCARILLA DETERMINAR RESISTENCIAS MECANICAS PARA EXPERIENCIAS 37 Y DENSIDADES APARENTES Programacion Antes de hacer la p rograrn ac icn, con el nurn e ro Se y fin de de coladas a contemplaron dife re nre s alternativa 2), algunos hormigones preliminares aspectos y re ducir, de program ada, con un las dosis de de una casos se esa ce m e n t o manera, con confeccionaron la alternativa 1) Para c e m e n t o. cada hormigones: 1) En ambos arena. cem e n to para algunos dos alternativas de dosis de por cada dosis de realizaron e l fabricar. cascarilla y cemento con con definidos dejar se se total de 5 c e m e n to e lab orn cascarilla hormigones colada una hormigones. empleadas, se En la tr ab ajo ' con las siguientes 10 que dio Los materiales la se m idiero n en peso. Se cascarilla, las mediciones srab le c io que para todos los real del horm ig o n fresco producido no Se al 1/1; 1/2; 1/3; 1/4 y 1/5, total de 5 coladas. un sibilidad de de cascarilla/arena: p rop orc io nes e 1050/0 del volumen te or ic o. Debido c om en p rob o que, por la gran com pre­ volumen resultaban poco prec isas. hormigones confeccionados e l volumen podda ser inferior al 950/0. ni superior a la gran compresibilidad de la cascarilla, muy diffc il pretender una precision mayor. Los hormigones preliminares indicaron, entre otras cosas, que consisten­ cias relativamente secas de la mezcla producen menos se gregac icn. Por ello, se program S confeccionar hormigones de consistencia seca para todas las coladas. Se confeccionaron coladas de 45 1 para llenar 6 probetas ciHndricas y 4 prism aric as (viguetas); una se rie compuesta de 3 probetas ciHndricas se mantuvo bajo agua (curado hum e d o ) durante 7 dias y las 3 restantes se recub rie ro n con polietileno, con el fin de apreciar la influencia del tipo de curado. Se e n say o una probeta de cada se rie a com presion a 7 d Ias de edad y las 2 restantes a 28 dias. Las probetas p rism a ric as se ensayaron solamente a 28 dias a fle x o­ es tracc io n: Con 2 tuvieron curado humedo y las 2 el fin los problemas con superficie al 500/0 del de. por una parte, restantes con facilitar e l amasado y, derivados de la absorci6n, la cascarilla se c a. Se e st irn o que afi a d ie n d o peso de la cascarilla se p olie rilen o. una se uso por otra, de evitar en estado saturada cantidad de agua obtendda la condici6n antes equivalente mencionada. promedio de 80/0 de humedad. La c orn p ac rac io n de las probetas se e fe c tu o con un p iso n m et alic o norma­ Iizado de tP 16 mm, de 60 cm de longitud y, con las siguientes pautas de ope rae ion deducidas de la informacion recogida al confeccionar los horm igones prelimi­ nares: las probetas cilindricas se lIenaron en 3 capas iguales, con 14 golpes de pison cada una. Cada capa se ase nt e posteriormente, golpeando el m o lde 5 veces contra una base firm e, Las probetas p rism aric as se llenaron en 2 capas, recibiendo cada una 30 golpes de p iso n, Cada capa se asento 5 veces contra una base firm e, La cascarilla se re cib io con un 38 vol. 17, nO I, mayo 1978 REVISTA DEL IDIEM Dosificaciones empleadas general el calculo apHcables a horm igon gran compresibiHdad En de do aiflcaclcn con normal. En el caso aridos livianos difiere de los de la cascarilla de arroz, m et debido y de ah I las fuertes variaciones de volumen que - od o s a su pueden obtenerse para distintos grados de com p act acion hubo necesidad de reaHzar una serie de intentos hasta seleccionar el metoda que mostro ser mas fiel, vale decir, que entrego menos diferencias entre el volumen proyectado y el volumen - obtenido. de Hormigon 1m' cemento con de horm igo n cascarilla de arroz emplearon 1 000 I de cascarilla. Te or ic am en te e l cementa y agua de amasado deben quedar inclufdos en los huecos de la casca­ rilla. Para el tipo de c om p ac tac ion elegido resultaron 155 kg de cascarilla por m' de hormigon elaborado. En Tabla III se indican las dosificaciones empleadas para las distintas Para dosis de se cemento. TABLA DOSIflCACIONES III EMPLEADAS CEMENTO CON EN HORMIGONES CASCARILLA Dosificacionel Materiales Cementa, itaIm' Aaua de amasado, Cascarilla, itaIm' • itaIm' Razon A/C· • Hormigon En el deben No de de 300 350 400 450 500 158 182 204 225 245 155 155 155 155 ISS 0.53 0.52 0.51 0.50 0.49 aJUa de absortion. cementa con parrafo quedar cascarilla de arroz y arena seftalamos que los huecos de las cascarillas de arroz totalmente ccup ados par el cementa y el agua de amasado. anterior 10 mismo cuando No sucede tamafto incluyen se agrega arena debido pardculas, no se acomoda totalmente Por ella, independientemente de las SUI cascarillas. DE. agua que ocupan los huecos de la cascarilla, para cada a que esta, por el gran dentro de los huecos de IllS cantidades una de cemento y de las 5 combinaciones de cascarilla y arena elegidas, fue necesario calcular las cantidades de estos m atC­ riales, de manera que se ajustaran a 101 re n d im ie nt o s program ados para los hormigones. En Tabla IV se indican las dOlificacionel empleadas. CASCARILLA UE ARROZ EN HORMIGONES TABLA DOSIFICACIONES EN EMPLEADAS 39 IV HORMIGONES CEMENTO CON DE kg/ml; CASCARILLA Y ARENA. MATERIALES EN RAZONES AGUA/CEMENTO, EN PESO Re lac ion Matedales Dosificaciones Cascarillal A rena 1 : 1 Cemento 300 350 400 450 500 Agua de amasado 177 179 180 180 190 Cascarilla 140 140 140 140 140 Arena 140 140 140 140 140 Razon AIC 0.59 0.51 0.45 0.40 0.38 Cern en 300 350 400 450 500 180 182 188 207 199 Cascarilla 140 140 140 140 140 Arena 280 280 280 280 280 Razon AIC 0.60 0.52 0.45 0.46 0.40 Cemento 300 350 400 450 500 Agua de amasado 186 186 196 212 215 Cascarilla 133 133 133 133 133 Arena 399 399 399 399 399 Razon AIC 0.62 0.53 0.49 0.47 0.43 Cemento 300 350 400 450 500 189 193 200 216 200 Cascarilla 125 125 125 125 125 Arena 500 500 500 500 500 Razon AIC 0.63 0.55 0.50 0.48 0.44 Cemento 300 350 400 450 500 Agua de amasado 192 196 204 220 225 Cascarilla 112 112 112 112 112 Arena 560 560 560 560 560 Razon AIC 0.64 0.56 0.51 0.48 0.45 Agua 1 : 2 1:3 ro de amasado Agua de 1: 4 1: 5 amasado Confeccion y ensayos Como ya se ha indicado, todos los materiales aliz e en una se re betonera de de 3 minutos para asegurar un eje vertical y tuvo, e l h orm ig Sn mediante el De spues de moldeadas las cubriendo las en en todos los peso. EI amasado casos, una d ur ac io n descarga, se apisonado probetas, se llenaron los moldes ya respectivos. programado. colocaron en ambiente de laboratorio. polietileno durante las primeras 24 horas. Posteriormente, la tipo de probetas se co loco bajo agua de temperatura controlada, con mitad de cada midieron buen amasado. Previo remezclado d esp ue s de la compactando se vol. 17, nO 1, mayo 1978 REVIST A DEL IDIEM 40 hasta los 7 dlas de edad; la ambiente de lab oratorio, otra tam mitad hasta 7 dias. bien cubierta mantuvo se partir de A polietileno, con en fecha, todas esa probetas se mantuvieron en ambiente .!e lab oratorio hasta los 28 dlas. Las probetas de cada doslficacicn se ensayaron, para determinar �_us resistencias a com presio n y flex o rraccicn, segu n normas NCh NO 10373 Y NCh 10384 respectivamente. Antes de ser ensayadas, las probetas debieron las refrentarse, 10 cual se realize) con mortero de cemento, segu n RESULTADOS norm as ASTM C 617� OBTENIDOS Resistencias y densidades aparentes En Tablas V y VI se presentan las resistencias sidades aparentes obtenidas ponde al promedio de 4 en las probetas, experiencias. ya que no a com presion Cada valor que hubo diferencias a y se flexion y den­ presenta c o rr e s­ significativas entre los dos metodos de curado utilizados. TABLA V RESISTENCIAS A COMPRESION Y A FLEXOTRACCION Y DENSIDADES APARENTES A 28 DIAS R.laclon Cucorillal Ar.D. .. ,'00 1:1 1: 2 I: 3 1:4 l:S Do.1I cae Den.ica.d CeBlcnco .parence kllm· kllm· a..lile.neia., Com,ruiOn k."em' Fle.otracci6n 300 78S 6 4 3S0 911 8 5 400 940 10 S 4S0 1.026 12 8 500 1.073 13 9 300 .76 6 4 350 980 8 4 400 1.046 14 6 450 1.104 16 9 SOO 1.200 17 II 300 990 7 5 350 1.161 15 7 400 1.145 16 7 450 1.140 17 10 SOO 1.320 21 IS 300 1.06S 9 4 350 1.213 18 8 400 1.22S 21 10 450 1.338 27 II SOO 1.380 28 14 300 1.195 II 6 350 1.220 19 9 400 1.36S 31 15 450 1.446 37 18 SOO I.S00 39 19 CASCARILLA DE ARROZ EN HORMIGONES VI TABLA APARENTES V FLEXf)TRACCION HECHOS DEC E MEN TO, DOS IS 3 CASCARILLA D I AS DEE DAD kgf/cm 2 presion Flexo rrace icn 604 3 2 350 720 6 4 400 813 6 5 450 890 8 5 500 930 9 7 entre los parametros considerados relaciones que se ilustran en cementa y prop orcion cascarilla las densidades aparentes de los en los resultados que graficado DENSIDADES 300 las resistencias y en 28 V 3 kg/m Con el fin de visualizar la influencia de dosis de arena CON Reaisrenc ias, Com Relaciones A Densidad aparente c em e n ro kg/m A HORMIGONES DE D I FER EN T E S Dosis de V COMPRESION RESISTENCIAS A 41 se en presentan hormigones, se han y VI, estableciendo las Tablas V 5. Fig. EXPERIENCIAS OTRAS Determinacion de la conductividad termica cada Para 33 ern ensayo 33 x ern corresponden x a 2,5 las dos emplearon se Fueron cm. menores en de placas hormig6n de cascarilla. total 4 ensayos de conductividad term de ica, que y mayores densidades obtenidas para cada alterna­ tiva. A los 28 dias de ratura m e ro de de dc NCh 8 5 0 Los 550C, 0 edad, las probetas fueron secadas hasta obtener placas t erm ic as un con peso con anillo en horno, a una luego ser ensayada especificado en la stante, para de guard a, tempe­ por el norma f. 7 1. coeficientes de conductividad t errn ic a A kg/m3. kg/m3. ob re nido s, son los que se indican para cada alternativa. Horm igon de cemento con Oasis de cemento 300 Dosis de cementa 500 Horm igo n de kg/m3. kg/m3. cemento con Dosis de cemento 300 Dosis de cemento 500 cascarilla Densidad aparente 570 Densidad aparente 770 cascarilla y kg/m3• kg/m3. A = 0.11 Kcal A = 0.16 Kcal m/m2boC m/m2boC A = 0.18 Kcal m/m2boC A = 0.28 Kcal m/m2boC arena Densidad aparente 840 Densidad aparente 1180 kg/m3. kg/m3. REVISTA DEL IDIEM vol. 17, nO 1, mayo 1978 1100 c lsao � .__ a) z '" � � - � - E , 1 � - .. ... ... 15 - � � dCIO ____ , � - - -- � --J I 3 I 2 I I � :II c u � - � - 1 - - I I . , , 500 I 1 I 50 b) .. � - .. .. , I I , i 10 � I 40 1 '" . '" z 0 iii '" c 30 I , .: � u VI C 20 � � '" � 1/1 iii == � u C � I 3 I 2 I I 10 I 0 '" K u � � i "- 0 25 .. c) E u .. .. 20 z· Q u U »> 15 : § � 10 C � 5 � , � .. - I , I 3 � � - I 2 � I �it I 10 "- - i . o I 250 300 350 400 DOSIS S. Relacionel cia z '" _,.,.� � c '" .. ........ � ... ... 15 __.. ... la entre lal dOlil de cemento comprelion 28 dial, proporcioael calcarilla arena. • a y 450 CEIoIENTD. kg I m empleada. y:a) c) la re.i.tenela a • la den.idad aparente; b) la resisren­ la fiellion a 28 dial, para distintas CASCARILLA DE ARROZ EN HORMIGONES En Tabla VII los materiales, tes se valores obtenidos indican coeficientes de conductividad cuales fueron determinados IDIEM6. ic a para d ifer e n­ Se CONDUCTIVIDAD DE CASCARILLA DE ARROZ Y TERMICA DE OTROS DE HORMIGONES MATERIALES x Densidad aparente Material 3 kg/m OOC K 'cal'm 1m 2 hOC 12 0.021 18 0.032 Lana de vidrio 130 0.037 Pino 140 0.098 Raul{ 520 0.11 Panel pasta + cascarilla 570 0.11 Horm ige n celular 700 0.13 Yeso 700 0.22 Panel pasta + cascarilla 770 0.16 Aire quieto a Poliestireno los incluyen VII TABLA CON en te rm experiencia. en esta COEFICIENTES 43 expandido a b insigne Panel m or ter o + cascarilla 840 0.18 Panel mortero + cascarilla 1.180 0.28 Ladrillo cho nchen 1.500 0.40 Ladrillo 1.700 0.40 1 :3 1. 700 0.48 Horm igo n simple 2.400 0.90 Horrn igo n 2.400 1.40 prensado Monero c CLASIFICACION: armado aislantes; (b) Aislantes medios; (c) Malos aislantes Buenos (a) I Serrabilidad y clavabilidad Para estos . ensayos , . ut iliz o se el m ism o tipo de probetas usadas para determinar . restste nc ias rn e c an ic as. Para rrucho el carpintero. serrabilidad se cortaron mayores densidades del h or m A para aserrarlas, pero, en de ensayo en cambio, au m e nt o probetas igo n la resistencia , a cilindricas menor la fue la ex tr acc con se­ facilidad io n del clavo el horm igon. dentro del rango de densidades obtenidas en e st e trabajo, de los ensayos efectuados se c o nclu y o que el h orm igo n de cascarilla tiene propiedades aceptables de serrabilidad y c lavab ilid ad, que se hacen mas favora­ En bles a todo caso, medida que y aumenta la densidad de este. 44 vol. 17, nO 1, mayo 1978 REVIST A DEL IDIEM CONCLUSIONES EI horm igon de cascarilla de calificar, por ello, arroz tiene haja resi-renc ia horm igcn liviano de relleno, como a c no ompresion ; se resistente. Con le puede una com­ rigurosa del h orm igcn fresco y/o aumentando la dosis de cemento se pueden lograr resistencias mayores, pero se pierden las ventajas de aislac ion term ica y de ligereza. La resistencia a flex otraccicn es superior a las logradas con otros hormigones livianos (por ejemplo con poliestireno). Por los coeficientes de conductividad termica ohtenidos, el h o rm ige n de p ac tacion mas cascarilla puede clasificarse La dosis mfnima de no se La en cascarilla, aun estado humedo hinchamiento de Dehido sion hasta de a debe cementa la cohesion necesaria logra material aislante medio. como un entre cuando tiene no sufre de 300 ser kg/m3• Con dosis inferiores la pasta y la cascarilla. elevado porcen taje de ab sorc io n un esponjamientos que pudieran particulas u otras causas. gran compresibilidad de la cascarilla, (600/0), ocasionados por ser sus la 50/0 en debe esperarse una disper­ el rendimiento del h orm igo n obtenido. EI curado del h orm igcn de cascarilla puede efectuarse bajo agua 0 con p o lie­ rileno, Para fabricar de cascarilla de hormigones conviene arroz tener presente las siguientes recomendaciones. Saturar previamente la cascarilla de arroz 24 horas si es posible antes de su empleo en la c onfeccicn de hormigones. Con ello se evita la ab so rcio n del agua de amasado y que las particulas vuelen durante su m anipu lac icn para colocarla en - - la hetonera. Dosificar de esta sujeta preferencia a errores Fahricar La pasta de secos. capas inferiores del horm igon, por 10 que segregacicn del horm igcn. Elegir un m e ro do de m igcn producido. En todo c om me d ic io n volumen de la cascarilla en compresibilidad. por':1 gran hormigones peso. La en a la com tiende a depositarse en las mayor cantidad de agua, mayor sera la p ac tac io n que caso, cemento garantice la homogeneidad del p acracicn debe ser hor­ manual. BIBLIOGRAFIA 1. HUMMEL. A. Prontuario del 2. CASAS O. D. y hormigon. A. P. Uso de la cascarilla de GARCIA, de la Universidad Industrial de Santander. 3. NCh 1 0380f.76. Ho r m igo n. Ensayo 4. NCh 8500f. 71. 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