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INTRODUCCIÓN.Cuando un Ingeniero Civil proyecta una obra se ve limitado por muchos factores y dentro de estos se encuentra la disponibilidad de canteras y la calidad de los materiales que se extraen de estas; por eso es necesario saber evaluar la zona que vamos a considerar como cantera, además del ...

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INTRODUCCIÓN.

Cuando un Ingeniero Civil proyecta una obra se ve limitado por muchos factores y dentro de estos se encuentra la disponibilidad de canteras y la calidad de los materiales que se extraen de estas; por eso es necesario saber evaluar la zona que vamos a considerar como cantera, además del material que vamos a extraer y esto va a depender mucho del proyecto que se esté realizando. Principalmente hay que distinguir dos tipos de canteras las de río y las de cerro las dos con características físicas y mecánicas diferentes, pero la principal diferencia radica en su composición química las de cerro poseen una gran porcentaje de finos, además un elevado porcentaje de sales que son muy perjudiciales para el concreto. El presente trabajo nos permitirá obtener conocimientos sobre la exploración y explotación de canteras, además por medio de esta recopilación de información nos permitirá realizar un análisis del material que se extraerá de la cantera, cuyas características físicas y mecánicas sean aptas para los diferentes procesos constructivos en obras civiles.

OBJETIVOS:

Objetivo general:  Describir las características generales de una cantera. Objetivos específicos:  Conocer los pasos para programar la explotación, disponibilidad, consideraciones

de

acceso,

topografía,

calicatas,

estratigrafía,

evaluación de la cantera, potencia bruta y potencia neta, rendimientos, métodos de remoción y de procesamientos, traslado y acumulación de materiales procesados.  Conocer los equipos de procesamiento en canteras.

CANTERA. Se llama cantera a la fuente de aprovisionamiento de suelos y rocas necesarias para la construcción de una obra. Es el término genérico que se utiliza para referirse a las explotaciones a cielo abierto de materiales de construcción, entre los cuales se incluyen las rocas industriales y ornamentales, gravas, gravillas, arenas y arcillas. Las canteras aprovisionan material para la conformación de terraplenes, estabilizaciones, capa de su base y bases o como agregado para la elaboración de concretos de cemento portland y asfáltico. Las

canteras

son

lugares

de

donde

se

extraen

materiales

de

construcción, sea directamente o después de ser transformados (piedra chancada, lajas, etc.) áridos para vías o materiales para otras necesidades ingenieriles tales como enrocados, terraplenes y obras de contención; también se incluye la extracción de minerales propiamente dichos. Las canteras son la fuente principal de materiales pétreos los cuales se constituyen en uno de los insumos fundamentales en el sector de la construcción de obras civiles, estructuras, vías, presas y embalses, entre otras. Por ser materia prima en la ejecución de estas obras, su valor económico representa un factor significativo en el costo total de cualquier proyecto. Toda cantera tiene una vida útil, y una vez agotada, el abandono de la actividad puede originar problemas de carácter ambiental, principalmente relacionados con la destrucción del paisaje.

CLASIFICACIÓN DE LAS CANTERAS Se pueden clasificar dependiendo del tipo de explotación, el material que se quiera explotar y su origen.

ETAPAS DE EXPLORACIÓN:

EXPLOTACIÓN DE CANTERAS Dentro de las actividades propias de la extracción de materia prima de una cantera, hay que considerar que esta se realiza por medio de métodos mecánicos, con la ayuda de cierto tipo de maquinaria diseñada para este fin. Actualmente se cuenta con una diversidad de equipo de última tecnología, encargado de realizar este tipo de labores, tales como: Excavadora, cargadora sobre ruedas, tractor sobre orugas, cargador frontal etc. La explotación de canteras es el conjunto de actividades por medio de las cuales se extrae materiales de una cantera para ser empleados en una obra determinada. Las actividades necesarias durante la explotación en una cantera son: - Desmonte y limpieza. - Preparación - Extracción y acopio - Zarandeo o chancado. - Carguío y transporte.

CUIDADOS EN LA EXPLOTACIÓN Cuando se trata de la explotación de materiales térreos por ejemplo para terraplenes, sub base y bases: - No mezclar los materiales de desperdicio (capa de desbroce o el over) - Acopiar mezclando lo más posible a fin de logra uniformidad. - Cuidar la humedad de los finos en el banco. - Cargar de abajo hacia arriba para evitar segregación. Si se trata de producir agregado para concreto asfaltico o de cemento portland, los trabajos más comunes incluyen:  Alimentación  Zarandeo o cribado.

 Trituración.  Lavado. PASOS PARA PROGRAMAR LA EXPLOTACIÓN. Son las fases de la explotación de una cantera a cielo abierto y comprende

lo

siguiente:

Destape,

arranque,

transporte

interno,

clasificación, comercialización, transporte externo, almacenamiento, escombreras. DESTAPE. Es la actividad que permite retirar todo el material de sobrecarga y dejar el material útil listo para que sea arrancado por cualquiera de los medios, sea por perforación o voladura (Rocas duras), o mediante retroexcavadora, buldózer con ripper (Rocas suaves). Esta operación da la oportunidad de conservar el suelo fértil y las especies nativas, semillas, estacas, etc, para reforestar y para la recuperación del espacio explotado. El destape se efectuará excavando trincheras de acceso (caminos en la cantera). Los parámetros básicos de una trinchera son: Largo, Anchura de fondo, Pendiente Ángulo de talud, Equipo de excavación y depende del objeto para el que se construya la trinchera.

ARRANQUE. Consiste en caso de rocas duras, proceder a la perforación de Bancos descendentes con la ayuda de máquinas de perforación y proceder a la voladura con el uso de explosivos.

En el caso de rocas suaves , el arranque se realiza de manera directa, para lo cual se utiliza excavadores que disgregan la roca para que luego sea cargado hasta los volquetes.

TRANSPORTE INTERNO. El material heterogéneo dispuesto en la plataforma de trabajo, con la ayuda de la retro excavadora, es alimentado a los camiones, los cuales llevan hasta la zaranda, que se encuentra ubicada fuera o dentro del área de la concesión, para su respectiva clasificación.

CLASIFICACIÓN. El material que ha sido quebrado mediante voladura puede ser alimentado a una trituradora de mandíbulas o cónica, desde

donde se obtendrán los diferentes productos, como ripio, arena, chispa, etc., para la comercialización.

El material suave obtenido de laboreo mediante excavadora es llevado hasta zarandas estacionarias en las cuales se obtienen los diferentes productos como: arena, ripio, base, sub base, piedra bola y del material grueso no condicionado se obtienen los molones los cuales serán comercializados. COMERCIALIZACIÓN. Los diferentes tipos de productos que se han preparado en la cantera son comercializados en función de las necesidades del consumidor, para lo cual empresas que no tienen relación con los titulares mineros se encargan de comercializar. Ocasionalmente directamente.

los

titulares

disponen

de

volquetes

y

comercializan

ALMACENAMIENTO. El material que no ha sido comercializado, es almacenado en lugares fuera del área de procesamiento de la roca para su posterior comercialización y se les conoce como stocks.

ESCOMBRERAS. Lugar en el cual se deposita de manera temporal o definitiva el suelo de cobertura o se deposita el material que no ha sido considerado útil o comercializable, según el caso.

ADECUACIÓN DE CANTERAS. Para cada cantera se deberá diseñar un adecuado sistema y programa de aprovechamiento del material, de manera de producir el menor daño al ambiente. Será diferente si se trata de explotar un lecho de río o quebrada, un promontorio elevado (cerros), una ladera o extraer material del subsuelo. Depende, también, del volumen que se va a extraer de la cantera y el uso que se le va a dar al material, pudiendo requerirse antes una previa selección del mismo, lo que origina desechos que luego es necesario eliminar. Se deberá seguir las estipulaciones que al respecto se incluye en el Manual Ambiental para el Diseño y Construcción de Vías del MTC.

A) POR SU CALIDAD. La calidad de una cantera está dada por su grado de cumplimiento de las especificaciones técnicas, del material que se busca; y se deduce de los

ensayos de laboratorio que se practiquen sobre las muestras tomadas durante la etapa exploratoria. Ensayos de laboratorio: Las muestras representativas fueron sometidas a los siguientes ensayos:  Análisis granulométrico por tamizado (NTP 400.012)  Límites de consistencia (NTP 339.129) Límite líquido, límite plástico, índice de plasticidad  Clasificación SUCS, AASHTO (NTP 339.134,NTP 339.135)  Contenido de humedad (NTP 339.127)  Proctor modificado (NTP 339.141)  Equivalente de arena (NTP 339.146)  Abrasión (NTP 400.020)  California Bearing Ratio (CBR) (NTP 339.145)  Durabilidad con sulfato de magnesio (NTP 400.016)  Peso unitario (NTP 400.017

Las muestras representativas también serán sometidas a los siguientes ensayos:  Gravedad específica y absorción agregado grueso (NTP 400.021)  Gravedad específica y absorción agregado fino (NTP 400.022)  Módulo de fineza en agregado fino (ASTM C-125)  Impurezas orgánicas en agregados finos (NTP 400.024)  Residuos sólidos (sales solubles totales) (NTP 339.071)  Adherencia agregado fino - asfalto (MTC E-220)  Adherencia agregado grueso - asfalto (AASHTO T 182)  Sulfatos expresados como ión SO4 = (NTP 339.074)

 Cloruros expresados como ión Cl - (NTP 339.076)  Materia orgánica en agua, expresada como oxígeno (NTP 339.072)  Humedad en mezclas de concreto asfáltico – Lottman (ASTM D-4867) B) POR POTENCIA Y RENDIMIENTO. Referido a la cantidad de material existente en la zona y el % aprovechable. Potencia bruta: Es el volumen total de la cantera, se obtiene multiplicando el área total de la cantera por la profundidad de exploración. Potencia Neta: Es el volumen de material utilizable que se espera obtener de la potencia bruta. Es la potencia bruta menos el material de desbroce y el desperdicio. Potencia Aprovechable: Es aquella parte de la potencia neta aprovechable para un fin específico.

C) POR SU SITUACIÓN LEGAL Y DISPONIBILIDAD. Se debe de determinar el estado de la propiedad de las zonas donde se ha identificado la existencia de material explotable. Nombre los actuales y de ser posible de los anteriores propietarios; existencia de contratos de servidumbre, concesiones, etc. D) POR SU ACCESIBILIDAD Y ESTADO DE LAS VÍAS DE ACCESO. La accesibilidad y el estado de las vías de acceso a la cantera así como la situación legal no definida desde la etapa exploratoria, pueden ser en muchos casos definitorias al ocasionar gastos innecesarios y hasta atrasos o paralización de obra.

Se debe verificar si los accesos son pavimentados o no, también determinar el grado de deterioro, así como la existencia de puentes, túneles, curvas u otro tipo de elementos que puedan limitar el paso de la maquinaria pesada y los vehículos de transporte. Características de accesos: Verificar accesibilidad a la cantera - Costo de construcción. - Costo de mejoramiento. - Costo de mantenimiento. - Flujo vehicular.

Pueden requerir ampliación de toda la trocha, construir plazoletas de cruce, o camino de retorno independiente.

TOPOGRAFÍA Las áreas para uso de canteras y que serán afectadas deben ser materia de levantamientos topográficos antes y después de la explotación según se estipula en la especificación Trazo y Replanteo referente a Canteras. Asimismo, se deberá efectuar otro levantamiento topográfico después de haberse efectuado los trabajos de readecuación para verificación y contraste de las condiciones iniciales y finales de los trabajos.

Los planos topográficos deben incluir información sobre los volúmenes extraídos, los volúmenes de relleno para la readecuación ambiental, tipo de vegetación utilizada. CALICATAS

Las calicatas o catas son una de las técnicas de prospección empleadas para facilitar el reconocimiento geotécnico, estudios edafológicos o pedológicos de un terreno. Son excavaciones de profundidad pequeña a media, realizadas normalmente con pala retroexcavadora. Las calicatas permiten la inspección directa del suelo que se desea estudiar y, por lo tanto, es el método de exploración que normalmente entrega la información más confiable y completa. En suelos con grava, la calicata es el único medio de exploración que puede entregar información confiable, y es un medio muy efectivo para exploración y muestreo de suelos de fundación y materiales de construcción a un costo relativamente bajo. Es necesario registrar la ubicación y elevación de cada pozo, los que son numerados según la ubicación. Si un pozo programado no se ejecuta, es preferible mantener el número del pozo en el registro como "no realizado" en vez de volver a usar el número en otro lugar, para eliminar confusiones. La profundidad está determinada por las exigencias de la investigación pero es dada, generalmente, por el nivel freático. La sección mínima recomendada es de 0,80 m por 1,00 m, a fin de permitir una adecuada inspección de las paredes. El material excavado deberá depositarse en la superficie en forma ordenada separado de acuerdo a la profundidad y horizonte correspondiente. Debe desecharse todo el material contaminado con suelos de estratos diferentes. Se dejarán plataformas o escalones de 0,30 a 0,40 metros al cambio de estrato, reduciéndose la excavación. Esto permite una superficie para efectuar la determinación de la densidad del terreno. Se deberá dejar al menos una de las paredes lo menos remodelada y contaminada posible, de modo que representen fielmente el perfil estratigráfico del pozo. En cada calicata se deberá realizar una descripción visual o registro de estratigrafía comprometida. Las calicatas serán según la Norma Técnica Peruana D420)

339.162 (ASTM

ESTRATIGRAFIA La estratigrafía, del latín stratum y del griego graphia, es la descripción de todos los cuerpos rocosos que forman la corteza terrestre y de su organización en unidades distintas, útiles y cartografiables. Las unidades están basadas en sus características o cualidades a fin de establecer su distribución y relación en el espacio y su sucesión en el tiempo, y para interpretar la historia geológica. La estratigrafía es la rama de la geología que trata del estudio e interpretación de las rocas sedimentarias estratificadas, y de la identificación, descripción, secuencia, tanto vertical como horizontal; cartografía y correlación de las unidades estratificadas de rocas.  Estratificación es la disposición en capas paralelas de las rocas sedimentarias. Estrato es cada una de las capas de que consta una formación de rocas estratificadas.

METODOS DE REMOCION Y DE PROCESAMIENTO Es el conjunto de actividades por medio de las cuales se extrae materiales de una cantera para ser empleados en una obra determinada. Con equipo mecánico (tractores, rippers, pala mecánica)

Con Explosivos (Taladros manuales, taladros con compresora y martillos, taladros con track drill, calambucos) Esta utiliza técnicas modernas de perforación y voladuras, además del uso de maquinaria adecuada, que garantizan la correcta explotación, carguío y transporte de la materia prima desde la cantera, cumpliendo con los planes normados de Explotación de Cantera y Manejo Ambiental, según las exigencias legales vigentes en el país Los equipos usados en la exploración de canteras son normalmente: tractor sobre oruga o neumático, cargador frontal, excavadora, chancadora.

PROCESO DE EXPLOTACION

PROCESAMIENTO DE CANTERA DE ÁRIDOS Operaciones trituración

de de

manipulación

agregados roca

y

y

de

implican

la

elaboración

de

productos minerales no metálicos para la industria de la construcción. Productos minerales no metálicos se extraen o minadas y son transportados a la planta de procesamiento para la clasificación de más y/o reducción de tamaño. Además, algunos productos reciclados agregados (tales como hormigón y hormigón asfáltico) también son procesados en estas plantas. El procesamiento de arena y grava para un mercado específico implica el uso de diferentes combinaciones de lavadoras, pantallas, y clasificadores para separar los tamaños de partículas, trituradoras para reducir el tamaño de material y de almacenamiento e instalaciones de carga. Los diferentes tipos de equipos utilizados en estas plantas son: tolvas, cintas

transportadoras, las pantallas, los depuradores, bombas, depósitos de almacenamiento,

trituradoras,

plantillas,

tornillos,

cargadores

frontales,

raspadores, camiones, motores y generadores. ZARANDA Se llama zaranda a una especie de instrumento cuadrangular, compuesto de cuatro tablas que se estrechan hacia el suelo el cual está compuesto de una red hecha de lías delgados. Esta zaranda sirve en los lagares y más comúnmente en las lagaretas para acribar o zarandear, que es el término que usado. Zaranda estática - Zaranda estática está construida en acero inoxidable. También puede construirse con gabinete de PVC y malla de acero inoxidable. - Este equipo es utilizado para tratamiento o pre tratamiento de aguas residuales industriales y urbanas. . - Industria o proceso de: aguas verdes, avícola (plumas), curtiembres, malterías, minería, papeleras, plásticos, tambos, etc.

Zarandas mecánica 1. Estos tipos de zaranda tiene la característica de vibración y el rendimiento estable. 2. Operación conveniente mediante el ajuste de la fuerza para cambiar y controlar el flujo. 3. Bajo consumo, poco ruido. 4. Estructura simple, ligero, pequeña cubicación, así que es fácil de mantener. 5. se puede adoptar tipo de cuerpo cerrado, al fin de evitar ser contaminados por el polvo. 6. Zarandas vibratorias tienen un largo ciclo de vida. MALLAS ZARANDAS La construcción de una malla para zaranda reside en la concepción racional del producto, pensado y construido para ser sometido a las más duras condiciones de desgaste y abrasión.

Los más diversos materiales son seleccionados por nuestras mallas para zaranda, y están diseñadas para, con seguridad, satisfacer sus necesidades específicas. Variables que debemos considerar:  Abertura y diámetro de alambre: Resultando el espacio útil de pasaje.  Superficie de Pasaje: Es el porcentaje entre la superficie de abertura y la superficie total de la malla.  Calidad de Material: Acero de carbono, galvanizado, crudo natural, acero inoxidable, aceros de alta resistencia. Datos útiles para solicitar una malla para zaranda: Para solicitar una malla para zaranda debemos tener conocimiento del tipo y características del material a seleccionar y que queremos obtener. Características para solicitar la malla para zaranda:  Tipo de malla: tejida, soldada, sobrepuesta

 Abertura o número de malla.  Diámetro de alambre  Calidad del material.  Calidad del material.  Tipo de tensado.

Mallas Soldadas Sobrepuestas La construcción es mediante la superposición de hierros fijados mediante soldadura de alta fijación y material básico. . Se realizan en aberturas cuadradas o rectangulares de 7 a 250 mm., con hierros de acero de espesor de

8 a 25 mm. SAE 1010 a 1075. Son útiles como grillas, para el preclasificado de piedras o materiales de gran tamaño.

CHANCADORAS Chancadora es un dispositivo diseñado para disminuir el tamaño de los objetos mediante el uso de la fuerza, para romper y reducir el objeto en una serie de piezas de volumen más pequeñas o compactas. Si se trata de una máquina empleada para la m...