Recibido: 07/11/2024
Aceptado: 28/04/2025
https://revistas.unj.edu.pe/index.php/pakamuros
122
Volumen 13, Número 2, Abril - Junio, 2025, Páginas 122 al 137
DOI: https://doi.org/10.37787/mv6d2q17
ARTÍCULO DE REVISIÓN
Resistencia y beneficios ambientales de cenizas agrícolas y fibras naturales en el concreto
Strength and environmental benefits of agricultural ashes and natural fibers in concrete
Yessenia Rosales
1
* y Manuel Laurencio1
RESUMEN
Este artículo analiza el uso de residuos agrícolas y fibras naturales como materiales alternativos en la producción
de concreto con el objetivo de reducir el consumo de cemento y el impacto ambiental. Se realizó una revisión
sistemática de estudios publicados entre 2017 y 2025, en inglés y español, obtenidos de la base de datos Scopus
y enfocados en las áreas de ingeniería y tecnología de materiales. Los residuos agrícolas, como la ceniza de
cáscara de arroz con más del 70 % de óxidos puzolánicos, permiten reemplazar hasta el 20 % del cemento y
mejorar la resistencia a la compresión en un 30 %. Por otro lado, las fibras naturales como la celulosa, kenaf y
aguja de pino rojo incrementan la resistencia mecánica y la durabilidad del concreto. En particular, la adición de
0,5 % de fibra de celulosa reduce la penetración de agua en un 24 %, la permeabilidad en un 42 % y el ancho de
grietas en un 85 %. Estos resultados evidencian que el uso de materiales de origen natural no solo mejora el
desempeño del concreto, sino que a su vez contribuye a una construcción más sostenible.
Palabras clave: Cenizas agrícolas; fibras naturales; propiedades del concreto; sustitución de cemento; fibras de
celulosa.
ABSTRACT
This article analyzes the use of agricultural waste and natural fibers as alternative materials in concrete
production, with the aim of reducing cement consumption and environmental impact. A systematic review was
conducted of studies published between 2017 and 2025, in English and Spanish, obtained from the Scopus
database and focused on the areas of materials engineering and technology. Agricultural waste, such as rice husk
ash with over 70% pozzolanic oxides, can replace up to 20% of cement and improve compressive strength by
30%. Furthermore, natural fibers, such as cellulose, kenaf, and red pine needle, increase the mechanical strength
and durability of concrete. In particular, the addition of 0.5% cellulose fiber reduces water penetration by 24%,
permeability by 42%, and crack width by 85%. These results show that the use of natural materials not only
improves concrete performance but also contributes to more sustainable construction.
Keywords: Agricultural ash; natural fibers; concrete of properties; cement replacement; cellulose fibers.
* Autor para correspondencia
1
Universidad Católica Sedes Sapientiae, Perú. Email: 2019100615@ucss.pe, mlaurencio@ucss.edu.pe
Resistencia y beneficios ambientales de cenizas agrícolas y fibras naturales en el concreto
123
INTRODUCCIÓN
La industria de la construcción enfrenta desafíos significativos debido al elevado consumo de recursos
naturales no renovables, la alta demanda energética y su impacto ambiental (Abdalla et al.,2023). El
concreto, ampliamente utilizado en la construcción por sus propiedades de resistencia, depende de estos
recursos, lo que podría llevar a su escasez (Gouda et al., 2023). Este incremento en la utilización de
materiales convencionales se atribuye al crecimiento económico y al consecuente aumento del nivel de
vida. Además, la producción de cemento y agregados genera grandes emisiones de CO₂ debido al uso
de electricidad, combustibles y explosivos durante su procesamiento y transporte (Kareem et al., 2022).
El uso de materiales alternativos puede contribuir a mitigar estos impactos, reduciendo el agotamiento
de los recursos naturales y la contaminación ambiental. Una opción viable es la incorporación de fibras
naturales y residuos agrícolas, los cuales han demostrado su potencial para disminuir las emisiones de
carbono y mejorar la sostenibilidad del concreto (Padavala et al., 2024;Bhutto et al., 2024). La
incorporación de estos residuos no solo permite una gestión eficiente de los desechos agrícolas, sino
que también en una estrategia efectiva que protege el medio ambiente (Ahmad et al., 2023).
En países con fuerte actividad agrícola , como India, los residuos agrícolas representan más del 58%
del Producto Bruto Interno (PBI) y contribuyen con aproximadamente con el 16% del PBI nacional.
Investigaciones indican que los residuos agrícolas, cuando son procesados adecuadamente, poseen
propiedades puzolánicas que los hacen idóneos para sustituir parcialmente el cemento en la producción
de concreto, mejorando su resistencia y durabilidad (Ahsan y Hossain, 2018). Se estima que esta
práctica podría reducir el consumo mundial de cemento en aproximadamente 121 millones de toneladas
anuales (Gudainiyan y Kishore, 2023). Estos residuos, ricos en SiO₂, han demostrado mejorar las
propiedades mecánicas y la durabilidad del concreto cuando se incorporan de manera adecuada
(Roselló et al., 2017).
Por otro lado, el concreto reforzado con fibras es altamente valorado en la construcción debido a su alto
rendimiento mecánico y su durabilidad. La adición de fibras es una estrategia eficaz para mejorar las
propiedades del concreto, reduciendo su impacto ambiental y sus costos en comparación con otros
métodos de refuerzo (Rajkohila et al., 2024). Esta práctica ha sido ampliamente aplicada en
infraestructuras civiles, donde el concreto reforzado con fibras ha demostrado ser una opción confiable
(Meng et al., 2020). Sin embargo, la variabilidad en la composición y estructura de las fibras afecta su
desempeño en el concreto, por lo que es fundamental seleccionar el tipo adecuado según la aplicación
específica. Estas fibras naturales presentan un alto potencial como materiales de construcción
sostenibles, lo que subraya la importancia de su caracterización y evaluación (Basu et al., 2023).
Resistencia y beneficios ambientales de cenizas agrícolas y fibras naturales en el concreto
124
Entre las fibras naturales utilizadas, destaca la fibra de celulosa, una materia orgánica ampliamente
distribuido en la naturaleza. Para mejorar su desempeño en el concreto, estas fibras requieren un
pretratamiento químico que elimine compuestos como la lignina, lo que permite una mayor durabilidad
y compatibilidad con la matriz cementosa (Hasan et al., 2023). La fibra de celulosa presenta ventajas
como su bajo costo de procesamiento, capacidad de reciclaje y su ausencia de toxicidad. Su
incorporación en el concreto contribuye a la transferencia de tensiones y retrasa la propagación de
grietas. Estudios han demostrado que la estructura en red que forma la fibra en la pasta de cemento
mejora la viscosidad de la matriz, lo que incrementa la resistencia a la flexión y ductilidad del concreto.
Además, la fibra de celulosa puede optimizar el proceso de curado interno , favoreciendo la hidratación
del cemento y mejorando las propiedades mecánicas del material (Wei et al., 2021).
A pesar del creciente interés en el uso de residuos agrícolas y fibras naturales en el concreto, aún
existen incertidumbres sobre su impacto combinado en propiedades clave como resistencia y
durabilidad. La variabilidad en los tratamientos y la falta de estandarización en su procesamiento
dificultan la comparación de resultados entre estudios. Por ello, es fundamental una revisión integral
que analice los avances recientes y evalúe su aplicabilidad en la construcción.
Esta revisión tiene como objetivo evaluar la viabilidad de estos materiales alternativos en la producción
de concreto. Se analizarán estudios previos y casos de éxito, comparando el impacto de distintos
residuos agrícolas como sustitutos parciales del cemento. Entre ellos se incluyen la ceniza de cáscara de
arroz (RHA), la paja de trigo (WSA), el bagazo de caña de azúcar (SBA), la ceniza de tallo de maíz
(CTM) y la ceniza de hojas de bambú (BLA), así como la adición de fibras de bambú, paja de maíz,
aguja de pino rojo y fibras de celulosa. Se prestará especial atención a la influencia en la resistencia a la
compresión y a la flexión del concreto, con el fin de proporcionar una visión crítica sobre su potencial
en la industria de la construcción.
MATERIALES Y MÉTODOS
La investigación se realizó mediante una revisión sistemática de la literatura científica enfocada en el
uso de residuos agrícolas y fibras naturales en la elaboración de concreto. El estudio se llevó a cabo en
el ámbito de la Ingeniería civil y la Tecnología Materiales, abarcando publicaciones comprendidas
entre los años 2017 y 2025. Para la búsqueda y recopilación de información, se emplearon bases de
datos académicas, principalmente Scopus, utilizando términos clave como: “properties of concrete”,
“agricultural ash”, “natural fibers”, “cellulose fibers” and “cement replacement”. Los criterios de
selección incluyeron la relevancia temática, la calidad metodológica de los estudios, y la publicación en
idiomas inglés o español. Tras aplicar los criterios de inclusión y exclusión, se identificaron 60
Rosales, Y.
125
artículos, de los cuales se seleccionaron 42 para un análisis más detallado. Estos estudios abordaron
aspectos como la composición química de los residuos agrícolas, los porcentajes de sustitución del
cemento, y el impacto de las fibras naturales en la resistencia mecánica y la durabilidad del concreto.
Los datos recopilados fueron organizados en categorías clave, evaluando la influencia de estos
materiales en las propiedades del concreto. Esto permitió construir un panorama integral sobre los
avances en el uso de alternativas sostenibles y renovables en la construcción, resaltando su potencial
para mejorar la eficiencia y reducir el impacto ambiental de los materiales convencionales.
Figura 1
Diagrama de flujo de la metodología para una revisión literaria
Nota. El gráfico resume la metodología adoptada para el desarrollo de este artículo de revisión.
Residuos Agrícolas
Se presenta una tabla que resume los parámetros clave de estos materiales en comparación con el
cemento, considerando su gravedad específica, color y tamaño de partícula. Esta información es
703 artículos
identificados
42 artículos
60 artículos
para revisar
643 artículos
excluidos
Definir el tema
Selección de
términos clave
Selección de
fuentes de
información
Estrategia de
búsqueda
Revisión y análisis
del articulo
Metodología
Resistencia y beneficios ambientales de cenizas agrícolas y fibras naturales en el concreto
126
esencial para entender cómo estas características físicas influyen en las propiedades y el rendimiento
del concreto.
Tabla 1
Características físicas del cemento y diversos residuos agrícolas
Autor
Parámetro
Residuos agrícolas
Gravedad especifica
Color
Tamaño de partícula
(Maglad et al., 2023)
Cemento
3.15
Gris
22.5-28 μm
(Ramakrishna y Gopi, 2023)
Ceniza de cáscara de arroz
1.375
Gris
25 μm
(Bheel, et al., 2024a)
Cenizas de paja de trigo
2.21
Gris
75 μm
(Maglad et al., 2023)
Cenizas de bagazo de caña de
azúcar
2.38
Negro
75 μm
(Jha et al., 2021)
Cenizas de bagazo de caña de
azúcar
2.16
Negro
75 μm
(Salem et al., 2022)
Ceniza de tallo de maíz
2.15
Gris claro
75 μm
(Gavioli et al., 2024)
Ceniza de hoja de bambú
2.62
Gris
14.59 μm
Nota. Los residuos agrícolas, debido a su color gris, similar al cemento, mejoran la uniformidad visual del concreto. Su alta
gravedad específica y finura contribuyen en aumentar la densidad, resistencia, y a funcionar como sustitutos eficientes del
cemento.
Composición Química
La tabla 2 muestra la composición química de los residuos agrícolas en comparación con el cemento,
destacando que su contenido en dióxido de silicio (SiO2), óxido de aluminio (Al2O3) y óxido de hierro
(Fe2O3) es superior al 70%, lo cual los clasifica como puzolanas de alta calidad de acuerdo con las
normas ASTM C 618-08 y NTP 334.104. Los elevados niveles de silicio en los residuos agrícolas les
otorgan propiedades puzolánicas, lo que contribuye a mejorar la adhesión y la resistencia mecánica del
concreto, como se muestra en la tabla 3.
Tabla 2
Composición química del cemento y diversos residuos agrícolas
Autores
Residuos
Agrícolas
Silicio
(SiO2)
Cal
(CaO)
Aluminio
(Al2O3)
Óxido de
hierro
(Fe2O3)
Magnesio
(MgO)
Trióxido
de azufre
(SO3)
Oxido
de sodio
(Na2O)
Oxido
de
potasio
(K2O)
(Maglad et al.,
2023)
Cemento
20
62.34
6.25
3.55
2.12
2.42
0.81
0.75
(Abellan-
Garcia et al.,
2023)
Ceniza de
cáscara de
arroz
88.59
0.74
0.31
0.21
0.66
0
0.21
2.46
(Zareei et al.,
2017)
Ceniza de
cáscara de
arroz
86.73
0.39
0.04
0.61
0.08
1.32
9.76
0.01
(Bheel, et al.,
2024b)
Cenizas de
paja de
trigo
67.34
10.6
6.44
4.36
0
1.85
0.47
0
(Maglad et al.,
2023)
Cenizas de
bagazo de
caña de
azúcar
75
7.5
3.9
2
2.6
0
0.4
3.1
(Salem et al.,
2022)
Ceniza de
tallo de
maíz
52.3
5.4
16.29
2.42
3.7
0
0.5
6.2
Rosales, Y.
127
(Nduka et al.,
2022)
Ceniza de
hoja de
bambú
75.1
4.22
3.55
1.34
4.04
0
0
0
Nota. Los residuos agrícolas contienen un mayor contenido de silicio y menor de cal en comparación con el cemento. Esta
diferencia en composición contribuye a su capacidad para mejorar la compatibilidad y la unión en el concreto.
Tabla 3
Propiedades mecánicas de residuos agrícolas
Autor
Residuo
Agrícola
(Material)
Proporción
(%)
Resistencia a la
compresión (Mpa)
Resistencia a la
flexión (Mpa)
Resistencia a la
tracción (Mpa)
(Ramakrishna y Gopi, 2023)
Ceniza de
cáscara de
arroz
20%
37.75
4.89
3.74
(Zareei et al., 2017)
Ceniza de
cáscara de
arroz
20%
93.28
_
6.52
(Bheel, et al., 2024a)
Cenizas de
paja de trigo
10%
68.00
5.98
4.25
(Bheel, et al., 2024b)
Cenizas de
paja de trigo
10%
33.00
5.16
3.55
(Salem et al., 2022)
Ceniza de
tallo de maíz
10%
23.20
4.2
2.5
(Jha et al., 2021)
Cenizas de
bagazo de
caña de
azúcar
10%
35.38
_
2.70
Nota. Las propiedades mecánicas de cada residuo agrícola varían según el tipo y la proporción utilizada. La finura y el
contenido de silicio son factores que influyen para maximizar su contribución a la resistencia del concreto.
Fibras Naturales
Se expone una tabla que resume las propiedades mecánicas de diversos tipos de fibras naturales
utilizadas en el concreto, resaltando el impacto de cada fibra en las propiedades mecánicas del material.
Tabla 4
Propiedades mecánicas de fibras naturales en el concreto
Autor
Nombre de la fibra
Longitud(mm)
Reemplazo
(%)
Propiedades mecánicas
Resistencia a la
compresión (MPa)
Resistencia a
la Flexión
(MPa)
Resistencia a
la Tracción
(MPa)
(Ali et al., 2024)
Fibra de bambú
25.4
1
42.1
7.56
3.82
Fibra de basalto
6
0.75
(Jin et al., 2023)
Fibras de paja de
maíz (CSF)
30-40
2
39.2
3
_
(Cogurcu, 2022)
Fibras de aguja de
pino rojo
30
0.25 y 0.50
125.73 -129.47
21.95 - 22.46
_
(Singh & Gupta,
2020)
Fibra de celulosa
2.1
0.5
36.21
2.18
_
(Ma et al., 2020)
Fibra de celulosa
(CFRC)
5-7
0.9
39.46
3.88
3.03
(Ja’e et al., 2023)
Fibra de kenaf
50
1.50
36.21
9.591
2.51
Nota. La tabla muestra como la incorporación de distintas fibras naturales mejora las propiedades mecánicas del concreto,
especialmente en resistencia a la compresión y flexión.
Fibras de celulosa
La tabla 5 detalla una comparación de las propiedades mecánicas de diferentes tipos de fibras de
Resistencia y beneficios ambientales de cenizas agrícolas y fibras naturales en el concreto
128
celulosa. La variabilidad en longitud, diámetro y densidad impacta directamente en su comportamiento
en el concreto. Estos factores son decisivos para maximizar su efecto, permitiendo mejorar su
durabilidad, resistencia y capacidad de autocuración en aplicaciones específicas.
Tabla 5
Propiedades de fibras de celulosa
Autor
Tipo de FC
Proporción
de FC en
(%)
Proporción
de FC en
(Kg/m3)
Longitud
promedio
Diámetro
promedio
Densidad
Resistencia
a la
tracción
Modulo
Elástico
(Singh &
Gupta,
2020a)
Ultra fibra 500
0.5
-
2.1 mm
16 μm
1.10 g/cm3
750 Mpa
8.5 GPa
(Ma et al.,
2020)
Fibra RS2000
-
0.9
5-7 mm
10-20 μm
1.1 g/cm3
600-900
Mpa
8.5 GPa
(Wu et al.,
2024)
CTF 900
-
0.9, 1.2 y
1.5
2.1 mm
16 μm
1.109 g/cm3
> 900 Mpa
> 8.5 Gpa
CTF850
-
0.9, 1.2 y
1.5
2.8 mm
19 μm
1.109 g/cm3
> 850 Mpa
>8.0 Gpa
CTF 800
-
0.9, 1.2 y
1.5
2.2 mm
16 μm
1.109 g/cm3
>800 Mpa
>8.0 Gpa
(Xu et al.,
2020)
CTF 960
-
1.0, 1.2,
1.5 y 1.8
2.1 mm
18 μm
1.109 g/cm3
960 Mpa
8.5 GPa
(Singh &
Gupta,
2020b)
Ultra fibra 500
0.5
-
2.1 mm
16 μm
1.10 g/cm3
750 Mpa
8.5 GPa
(Igbokwe
et al., 2024)
Ultra Fiber
500
0.45
-
2.1 mm
18 μm
1.1 g/cm3
900 Mpa
-
(Gamage
et al., 2024)
CTF 960
1.5
-
2.1mm
18 μm
1.10 g/cm3
960 Mpa
8.5 GPa
Nota. La tabla detalla las propiedades físicas y mecánicas de las fibras de celulosa, destacando cómo su tipo y proporción
influyen en el módulo elástico y la resistencia a la tracción.
RESULTADOS
Los hallazgos sugieren que estos materiales alternativos no solo mejoran significativamente las
propiedades del concreto, sino que además representan una opción sostenible para la industria de la
construcción.
Uso de Residuos Agrícolas
Se analizaron estudios que destacan el uso de cenizas derivadas de residuos agrícolas como adiciones
puzolánicas al concreto. Entre los residuos evaluados se encuentran la ceniza de cáscara de arroz, paja
de trigo, bagazo de caña de azúcar y tallo de maíz. Las cenizas presentan una proporción de óxidos
(SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃) superior al 70 %, cumpliendo con los criterios para ser considerados materiales
puzolánicos.
En cuanto al desempeño mecánico, la ceniza de cascara de arroz sobresale por su alta resistencia a la
compresión (93.28 MPa), lo que la posiciona como una de las más efectivas para mejorar la capacidad
estructural del concreto. Además, su tamaño de partícula fina (25–75 μm) y color gris favorecen su
Rosales, Y.
129
integración en la mezcla sin alterar la estética del material. La ceniza de paja de trigo, si bien presenta
una menor resistencia a la compresión (33–68 MPa), ofrece buenos resultados en resistencia a la
flexión (5,98 MPa), lo cual es relevante en aplicaciones donde el concreto está sometido a esfuerzos
combinados. Por otro lado, la ceniza de bagazo de caña de azúcar mostró propiedades mecánicas
intermedias, con una resistencia a la compresión de 35.38 MPa y la tracción de 2.7 MPa. No obstante,
su color negro puede representar una limitación estética. A pesar de ello, su comportamiento mecánico
sigue siendo aceptable. En contraste, la ceniza de tallo de maíz presentó los valores más bajos en los
tres parámetros mecánicos (23.2 MPa a compresión, 4.2 MPa a flexión y 2.5 MPa a tracción), lo que
podría limitar su uso como complemento parcial en mezclas.
En síntesis, aunque todos los residuos analizados presentan viabilidad como adiciones puzolánicas,
existen diferencias significativas en su rendimiento. La ceniza de cáscara de arroz y la de paja de trigo
se destacan como las más prometedoras, mientras que las cenizas de bagazo de caña y de tallo de maíz
podrían requerir tratamientos adicionales para mejorar su reactividad y propiedades mecánicas.
Tabla 6
Comparación de propiedades físicas, químicas y mecánicas de residuos agrícolas utilizados como adiciones puzolánicas en
concreto
Autor
Residuos
agrícolas
Parámetros físicos
Composición
química
Propiedades mecánicas
Gravedad
especifica
Color
Tamaño
de
partícula
Propiedades
puzolánicas
Proporción
(%)
Resistencia
a la
compresión
(Mpa)
Resistencia
a la flexión
(Mpa)
Resistencia
a la
tracción
(Mpa)
(Ramakrishna
y Gopi, 2023)
Ceniza de
cáscara de
arroz
1.375
Gris
25 μm
SiO2 + Al2O3
+ Fe2O3 >70 %
20%
37.75
4.89
3.74
(Zareei et al.,
2017)
Ceniza de
cáscara de
arroz
_
Gris
75 μm
SiO2 + Al2O3
+ Fe2O3 >70 %
20%
93.28
_
6.52
(Bheel, et al.,
2024a)
Cenizas de
paja de
trigo
2.21
Gris
75 μm
SiO2 + Al2O3
+ Fe2O3 >70 %
10%
68
5.98
4.25
(Bheel, et al.,
2024b)
Cenizas de
paja de
trigo
_
Gris
75 μm
SiO2 + Al2O3
+ Fe2O3 >70 %
10%
33
5.16
3.55
(Jha et al.,
2021)
Cenizas de
bagazo de
caña de
azúcar
2.16
Negr
o
75 μm
SiO2 + Al2O3
+ Fe2O3 >70 %
10%
35.38
_
2.7
(Salem et al.,
2022)
Ceniza de
tallo de
maíz
_
Gris
75 μm
SiO2 + Al2O3
+ Fe2O3 >70 %
10%
23.2
4.2
2.5
Nota. Los residuos agrícolas analizados cumplen con las propiedades puzolánicas requeridas para su uso en materiales
cementicos y destacan por sus propiedades mecánicas para aplicaciones en concreto.
Incorporación de Fibras Naturales
Fueron revisados estudios que analizan el uso de fibras naturales como refuerzo en concreto,
incluyendo fibras de bambú, basalto, paja de maíz (CSF), aguja de pino rojo, kenaf y celulosa, las
Resistencia y beneficios ambientales de cenizas agrícolas y fibras naturales en el concreto
130
cuales presentan diferencias notables en longitud, dosificación y desempeño mecánico. En términos
físicos, la longitud de estas fibras varía considerablemente, desde 2.1 mm hasta 50 mm, lo que influye
directamente en la trabajabilidad de la mezcla y, en consecuencia, en las propiedades mecánicas del
concreto endurecido.
Tabla 7
Propiedades físicas y mecánicas de fibras naturales
Autor
Nombre de la
fibra
Longitud
(mm)
Reemplazo
(%)
Reemplazo
(kg/m3)
Propiedades mecánicas
Resistencia a
la compresión
(MPa)
Resistencia
a la Flexión
(MPa)
Resistencia
a la
Tracción
(MPa)
(Ali et al.,
2024)
Fibra de bambú
25.4
1
-
42.1
7.56
3.82
Fibra de basalto
6
0.75
-
(Jin et al.,
2023)
Fibras de paja
de maíz (CSF)
30-40
2
-
39.2
3
-
(Cogurcu,
2022)
Fibras de aguja
de pino rojo
30
0.25 - 0.50
-
125.73 -129.47
21.95 - 22.46
-
(Ja’e et al.,
2023)
Fibra de kenaf
50
1.5
-
36.21
9.591
2.51
(Singh &
Gupta, 2020)
Fibra de
celulosa
2.1
0.5
36.21
2.18
-
(Ma et al.,
2020)
Fibra de
celulosa
(CFRC)
5-7
-
0.9
39.46
3.88
3.03
(Xu et al.,
2020)
CTF 960
2.1
-
1.5
63.8
-
4.52
Nota. La tabla presenta las propiedades físicas y mecánicas de diferentes fibras naturales, estudiadas por su potencial para
mejorar las características del concreto y su desempeño en diversas aplicaciones.
DISCUSIÓN
Análisis comparativo de uso de Residuos Agrícolas
La utilización de residuos agrícolas, como la ceniza de cáscara de arroz (RHA), el bagazo de caña de
azúcar (SBA), la paja de trigo (WSA), ha demostrado ser una alternativa eficaz para mejorar las
propiedades mecánicas del concreto, especialmente en términos de resistencia a la compresión, flexión
y tracción. Según Ramakrishna y Gopi (2023), la incorporación de un 20 % de RHA puede incrementar
la resistencia a la compresión en un 30 % en comparación con el concreto convencional. Este efecto se
atribuye al alto contenido de sílice amorfa presente en la RHA, que favorece las reacciones puzolánicas
,mejorando la cohesión de la matriz y la resistencia del concreto (Mostafa et al., 2022).
Sin embargo, los resultados varían según el tipo de residuo, su método de procesamiento, la
granulometría y la composición química del material. En el caso de la RHA, su obtención mediante
combustión controlada entre 550 °C y 700 °C durante 6 horas permite alcanzar un contenido de silicio
amorfa entre el 85 % y el 90 % ,lo que maximiza su reactividad puzolánica. En contraste, la
combustión a cielo abierto a temperaturas inferiores a 500 °C suele ser incompleta, lo que se traduce en
una mayor cantidad de carbono no quemado y una menor reactividad del material (Zareei et al., 2017).
Rosales, Y.
131
De forma similar, residuos como la WSA, SBA, CTM y BLA han sido tratados mediante combustión
controlada en rangos de temperatura entre 500 °C y 750 °C, incluyendo procesos de secado y lavado
previos para eliminar impurezas orgánicas y mejorar su desempeño como materiales cementantes
suplementarios. Entre ellos, la RHA destaca por ofrecer los mayores beneficios mecánicos debido a su
elevada concentración de sílice reactiva. En cambio, otros residuos como la CTM muestran una mayor
variabilidad en sus resultados, atribuida a una pérdida por ignición del 9,1 %, indicativa de la presencia
de carbono no quemado, lo que puede reducir la eficacia de la reacción puzolánica (Salem et al.,
2022).Además, se ha observado que estos residuos presentan bajos contenidos de cal (CaO), lo cual
puede mejorar la durabilidad del concreto frente a condiciones ambientales adversas.
Según las normas de la ASTM C618-08 y NTP 334.104, estos residuos pueden clasificarse como
puzolanas de alta calidad si su actividad puzolánica supera el 70 %. Sin embargo, su variabilidad
requiere una caracterización físico-química detallada para garantizar su eficacia. Factores como el
mecanismo de molienda, que influye en la finura del material, y las condiciones de combustión, que
afectan la composición química, pueden modificar significativamente el comportamiento del residuo en
el concreto (Salem et al., 2022). Una evaluación integral de estos parámetros permitirá establecer
rangos óptimos de sustitución y reducir la incertidumbre en los resultados, lo cual es esencial para su
implementación a escala industrial.
Comparación y Análisis sobre Fibras Naturales
La incorporación de fibras naturales, como bambú, paja de maíz, agujas de pino rojo y fibras de
celulosa, ha demostrado efectos positivos en las propiedades del concreto, especialmente en su
resistencia mecánica e impermeabilidad. Entre ellas, las fibras de celulosa destacan por su buena
adherencia a la matriz del concreto, atribuida a su longitud y capacidad de absorción de agua, que
mejoran la cohesión del material. La longitud y dosificación de las fibras influyen directamente en su
efectividad.
Las fibras con longitudes entre 12 y 24 mm han mostrado mejores resultados mecánicos, mientras que
aquellas superiores a 50 mm tienden a reducir la trabajabilidad del concreto y generar una distribución
no uniforme. Asimismo, dosis de hasta un 2 % en volumen pueden mejorar el desempeño mecánico,
pero cantidades mayores pueden provocar dificultades en la mezcla y pérdida de rendimiento (Pham,
2025). Estos hallazgos coinciden con Wang et al. (2024), quienes señalan que las propiedades del
concreto fresco y endurecido dependen estrechamente del tipo, tamaño y proporción óptima de fibra
utilizada. Esto resalta la necesidad de adaptar estos parámetros a las condiciones estructurales
específicas y al entorno de aplicación, ya que no existe una fórmula única aplicable a todos los casos.
Resistencia y beneficios ambientales de cenizas agrícolas y fibras naturales en el concreto
132
El tratamiento previo de las fibras también influye significativamente en su comportamiento dentro del
concreto. Según Akinyemi et al. (2020), Gao et al. (2022) y Hasan et al. (2023), técnicas como la
impregnación alcalina o el desgomado son esenciales para eliminar compuestos como lignina y
hemicelulosa y otros compuestos que afectan la durabilidad del material, ya que disminuyen la
compatibilidad química y reducen la durabilidad del compuesto. La omisión de estos tratamientos
puede generar biodegradación prematura o una débil adherencia fibra-matriz.
En términos de funcionalidad, las macrofibras como las agujas de pino rojo, fibras de kenaf, paja de
maíz, bambú y fibras de basalto son efectivas en el control del ancho de grietas y la prevención de su
propagación. A pesar de sus ventajas en resistencia a tracción y módulos elásticos de hasta 303 GPa,
estas fibras presentan limitaciones asociadas a su baja durabilidad a largo plazo y su débil adherencia
con la matriz del concreto. Por su parte, las microfibras contribuyen a una distribución más homogénea
de las tensiones internas y al control de presiones térmicas y de vapor en condiciones extremas (Pham,
2025).
Diversos estudios experimentales refuerzan estos hallazgos. Singh y Gupta (2020) reportaron que la
adición de 0.5% de fibra de celulosa reduce la penetración de agua en un 24% y el coeficiente de
permeabilidad en un 42% , mejorando la durabilidad del concreto en ambientes húmedos. De manera
complementaria, Ma et al. (2020) destacaron que estas fibras también mejoran el comportamiento
tensión-deformación en climas fríos, como se evidencia en la presa de la central hidroeléctrica de
Nazixia.
Por otro lado, Igbokwe et al. (2024), documentaron una reducción del 85% en el ancho de grietas por
contracción plástica, atribuyendo este efecto a la capacidad de las fibras de celulosa de retener agua ,
facilitando un curado interno y controlando las grietas en etapas tempranas . Estos hallazgos coinciden
con los reportes de Wu et al. (2024) quienes destacan las ventajas de las fibras naturales en aplicaciones
de alta durabilidad.
Implicaciones y Sostenibilidad
Los resultados de este estudio refuerzan el valor de utilizar residuos agrícolas y fibras naturales como
sustitutos parciales del cemento y adiciones complementarias, ya que no solo contribuyen a reducir el
consumo de recursos no renovables y la huella de carbono (CO₂) asociada a la producción de concreto,
sino que también mejoran sus propiedades mecánicas y de durabilidad (Thomas et al., 2021). En este
contexto, resulta especialmente relevante considerar que la fabricación de una tonelada de cemento
Portland (PC) emite entre 1 y 1,25 toneladas de CO₂ a la atmósfera y demanda aproximadamente 1,60
Rosales, Y.
133
MWh de energía, lo que representa un proceso intensivo en recursos y con alto impacto ambiental
(Bheel et al., 2024a). La valorización de residuos como material cementante alternativo se presenta, por
tanto, como una estrategia sostenible clave frente a los desafíos climáticos y energéticos actuales.
Limitaciones y Recomendaciones Futuras
Pese a los avances reportados, la evidencia disponible presenta limitaciones relevantes. Muchos
estudios presentan una falta de uniformidad en los métodos de procesamiento, caracterización y
dosificación, lo que dificulta la comparación entre resultados. En particular, residuos como la ceniza de
tallo de maíz han mostrado un desempeño mecánico inferior -especialmente con sustituciones del 10
%, debido a su alta pérdida por ignición (9,1 %), indicativa de una elevada presencia de carbono no
quemado. En consecuencia, se evidencia la necesidad de optimizar los procesos de calcinación y
parámetros de finura, ya que su eficacia se restringe a bajos porcentajes de reemplazo.
Asimismo, la mayoría de las investigaciones se enfocan en ensayos de laboratorio, sin considerar
aspectos como la durabilidad a largo plazo, la interacción con ambientes agresivos o el comportamiento
estructural a escala real. Se recomienda promover estudios comparativos con protocolos
estandarizados, ampliar el análisis a nuevas combinaciones de residuos y fibras naturales, e impulsar
evaluaciones a escala piloto e industrial que permitan validar su viabilidad técnica, económica y
ambiental para aplicaciones prácticas.
CONCLUSIONES
Los resultados revisados confirman que el uso de residuos agrícolas con propiedades puzolánicas,
adecuadamente procesados, permite reducir la demanda de cemento; disminuyendo así las emisiones de
CO₂ y promoviendo el aprovechamiento eficiente de desechos agrícolas. Esta estrategia mejora el
desempeño del concreto, y al mismo tiempo, representa una alternativa viable en términos ambientales
y económicos.
En particular, la ceniza de cáscara de arroz, utilizada como sustituto parcial del cemento en
proporciones del 20%, ha logrado mejoras destacables en resistencias a la compresión de hasta 93,28
MPa y resistencia a la tracción de 6,52 MPa, superando incluso al concreto convencional. Por el
contrario, la ceniza de tallo de maíz, a una dosificación del 10%, presentó valores mecánicos inferiores
-atribuibles a su elevada pérdida por ignición-, situación que evidencia la necesidad de optimizar sus
procesos de calcinación y molienda. Respecto a las fibras naturales, los estudios indican que
proporciones entre 0.5% y 2% en volumen, con longitudes entre 2.1 mm y 50 mm, son eficaces para
mejorar la resistencia a la compresión y flexión del concreto. No obstante, se requiere un tratamiento
Resistencia y beneficios ambientales de cenizas agrícolas y fibras naturales en el concreto
134
alcalino previo para eliminar lignina y componentes corrosivos, con el fin de asegurar una mejor
adherencia a la matriz y una mayor durabilidad del material.
Entre las fibras analizadas, las de celulosa destacan por su capacidad para mejorar la resistencia a la
tracción, reducir la permeabilidad en un 42% y controlar el ancho de grietas hasta en un 85%, además
de favorecer el curado interno gracias a su capacidad de retención de agua. Estas propiedades las
posicionan como un refuerzo eficiente y sostenible para aplicaciones en climas húmedos o fríos.
En conjunto, los hallazgos respaldan el uso de residuos agrícolas y fibras naturales como alternativas
sostenibles en la fabricación de concreto, contribuyendo a la reducción de la huella de carbono y
fomentando prácticas constructivas ambientalmente responsables. Sin embargo, se requiere continuar
con investigaciones estandarizadas a escala piloto e industrial para validar estos resultados en
condiciones reales.
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