ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Curso
DISEÑO DE PAVIMENTOS MODERNOS TEMA:CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO
ING. LUIS A. CHAVEZ RONCAL
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Cantera: Fuente principal de materiales pétreos los cuales se constituyen en uno de los insumos fundamentales fundame ntales en el sector dela construcción de obras civiles, estructuras, estructuras, vías, presas y embalses, entre otros. Por ser la materia prima fundamental en la ejecución de estas obras, su valor económico representa un factor significativo significativo en el costo total de cualquier proyecto.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Cantera: Fuente principal de materiales pétreos los cuales se constituyen en uno de los insumos fundamentales fundame ntales en el sector dela construcción de obras civiles, estructuras, estructuras, vías, presas y embalses, entre otros. Por ser la materia prima fundamental en la ejecución de estas obras, su valor económico representa un factor significativo significativo en el costo total de cualquier proyecto.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos pavimentos Es el estudio de las fuentes de materiales donde se extraen agregados para capas compactadas de pavimento u otros usos diferentes diferentes como: - Mejoramient ento de de su suelo elos. - Terraplenes. - Afirmado. - Agreg Agregado adoss para para rellen rellenos: os: subbase subbase y base base gra granul nular ar.. - Agre Agreggados ados par paraa trat tratam amien iento toss bitu bitumi mino noso sos. s. - Agre Agreggados ados para para mezc mezcla lass asf asfál álti tica cass y - Agre Agrega gado doss par paraa me mezclas clas de de con concr cret eto. o.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Consiste en la extracción y selección de material de préstamo para la conformación de terraplenes y banquetas de relleno. Objetivo: Determinar si los agregados son o no aptos para este tipo de obra a emplear.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Tipos de Canteras: Canteras de aluvión y Canteras de roca. - Canteras de Aluvión: Llamadas también canteras fluviales, en los cuales los ríos actúan como agentes naturales de erosión. Transportan durante grandes recorridos las rocas aprovechando su energía cinética para depositarlos en zonas de menor potencialidad formando grandes depósitos de estos materiales. En este tipo de canteras, los materiales granulares que se encuentran son muy competentes para obras civiles, debido a que el continuo paso y transporte del agua desgasta los materiales quedando al final aquellos que tiene mayor dureza.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Tipos de Canteras: Canteras de aluvión y Canteras de roca. - Canteras de roca: También conocidas como canteras de peña, están ubicadas en formaciones rocosas, montañas, con materiales de menor dureza, generalmente, que los materiales de ríos debido a que no sufren ningún proceso de clasificación.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Tipos de Canteras: Canteras de aluvión y Canteras de roca. Este tipo de canteras se diferencian en dos factores: - Los tipos de materiales que se explotan y, - Los métodos de extracción empleados para obtenerlos.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Clasificación de Canteras: - Según el tipo de explotación: Cantera a cielo abierto: En laderas, cuando la roca se arranca en la falda de un cerro. En corte, cuando la roca se extrae de cierta profundidad. - Según el material a explotar. Canteras a Subterráneas: De materiales consolidados o roca. De materiales no consolidados como suelos, saprolitos, agregados, terrazas aluviales y arcillas. - Según su origen. Canteras aluviales Canteras de roca
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Investigación de Campo La investigación de campo consistió en las actividades siguientes: Reconocimiento de campo, para identificación de aquellos lugares considerados como probable fuente de materiales. Elaboración de un programa de exploración de campo.
Verificación de las áreas de influencias cercanas, quebradas, cauces secos, y todos los lugares que pudiesen acusar la existencia de materiales sedimentarios en el subsuelo y zonas que geológicamente pudieran ser fuentes de rocas en descomposición o de materiales granulares aparentes. Se ha localizado Canteras con un fácil acceso, fácil explotación y mínimas distancias de acarreo a la obra.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Investigación de Campo Se realizaron levantamientos topográficos en cada una de las canteras para determinar las áreas de las mismas y la potencia. En campo se realizó una evaluación visual de los materiales, determinándose la granulometría integral de los agregados existentes, con el fin de determinar el porcentaje de grava mayor a 3 ”, con la finalidad de estimar los rendimientos de las canteras para cada uno de sus usos. De cada una de las calicatas exploratorias excavadas y trincheras en canteras se tomaron muestras representativas en la cantidad suficiente para realizar con ellas los ensayos de laboratorio correspondientes a fin de determinar las propiedades físico-químico de los materiales y en base a ellas definir el uso de cada una de las canteras.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Relación de Canteras Ubicadas Realizar el levantamiento topográfico de las áreas a explotar en cada una de las canteras. Elaborar un Cuadro con todas las canteras exploradas en cada uno de los tramos de la Vía.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Relación de Fuentes de agua Ubicar las fuentes de agua.
Elaborar un Cuadro con todas las fuentes de agua exploradas.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Trabajos de Laboratorio: Para determinar las características y calidad del material, así como definir el uso de cada cantera, en aplicación de las Especificaciones Técnicas Generales para la Construcción de Carreteras (EG-2000) del MTC, con las muestras obtenidas durante los trabajos de investigación de campo se ejecutarán los ensayos siguientes:
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Trabajos de Laboratorio:
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos DESCRIPCIÓN DE CANTERAS Cuadro de Potencia, Rendimiento y Uso de Canteras
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Cuadro de Propiedades de Canteras: Propiedades Físicas DESCRIPCION : PROSPECCIONES
DESCRIPCION :
CANTERA 01+420 LADO DERECHO/ MATERIAL NATURAL
CANTERA CERRO KM.05+180 / MATERIAL NATURAL
CANTERA KISUARPATA MATERIAL NATURAL CANTERA SOCABON / MATERIAL NATURAL
CANTERA RIO CHUMBAO /MATERIAL
MUESTRA Nº
PROF. (m)
M-1
TRINCHERA 01
M-2
LIMITES DE CONSISTENCIA
HUMEDAD NATURAL (%)
CLASIFICACION ABRASION
MAXIMA HUMEDA EQUIVA- DENSIDA D LENTE DE D OPTIMA ARENA SECA ( % ) ( g/cc )
95%
100%
C.B.R. A 0.1" PENETRACION
L.L.
L.P.
I.P.
AASHTO
SUCS
6.04
35.83
18.12
17.71
A-2-6(1)
GC
32.9
14.7
2.20
6.21
35.06
72.65
TRINCHERA 02
5.13
37.02
20.33
16.69
A-2-6(0)
GC
33.2
15.2764
2.18
6.02
37.42
68.31
M-3
TRINCHERA 03
4.80
36.06
20.76
15.30
A-2-6(0)
GC
32.6
15.6
2.171
6.05
28.66
56.52
M-1
00 - 3.00
2.6
40.4
22.7
17.6
A-2-6(1)
GC
30.9
16.63
2.205
6.71
31.52
56.87
M-2
00 - 3.00
2.62
33.22
20.57
12.65
A-2-6(0)
GC
31.77
17.11
2.17
6.56
27.34
46.62
M-3
00 - 3.00
2.6
34.2
20.8
13.4
A-2-6(0)
GC
32.26
16.29
2.19
7.02
26.84
43.01
4.1
32.1
18.7
13.5
A-2-6(0)
GC
30.18
16.67
2.17
7.65
32.72
64.83
2.3
36.5
21.9
14.6
A-2-6(0)
GC
32.43
19.59
2.16
6.89
31.24
64.76
16.2996 A -2-6(0)
GC
25.15
17.86
2.23
5.77
29.53
58.25
TRINCHER A 01 TRINCHER M - 02 A 02 M - 01
C 01
00 - 3.00
2.7
36.3
20.0
C 02
00 - 3.00
2.8
22.7
15.2
7.4
A-2-4(0)
GC
25.91
25.33
2.26
5.73
37.41
80.58
C-3
00 - 3.00
2.3
24.9
14.7
10.2
A-2-4(0)
GC
26.49
20.79
2.24
5.64
35.95
85.34
C 01
00 - 3.00
1.8
19.1
NP
NP
A-1-a(0)
GP
21.87
65.14
2.27
5.89
54.36
100.48
C 02
00 - 3.00
5.2
18.8
NP
NP
A-1-a(0) GP-GM
21.52
60.76
2.28
5.64
54.66
97.15
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos Cuadro de Propiedades de Canteras: Propiedades Químicas ANALISIS QUIMICO
DESCRIPCION : PROSPECCIONES
SALES TOTALES DESCRIPCION :
MUESTRA Nº
CANTERA 01+420 LADO DERECHO/ MATERIAL NATURAL
M-2
M-3
CANTERA CERRO KM.05+180 / MATERIAL NATURAL
CANTERA KISUARPATA MATERIAL NATURAL
TRINCHERA 01 TRINCHERA 02 TRINCHERA 03
M-1
00 - 3.00
M-2
00 - 3.00
M-3
00 - 3.00
1 2
SULFATOS
CLORUROS
MATERIAL
TRINCHERA 01
GRAVA
ARENA
GRAVA
ARENA
GRAVA
ARENA
0.191
0.425
9.750
9.400
74.60
70.80
59.80
60.70
0.217
0.368
9.300
9.400
72.50
70.90
61.30
61.20
0.218
0.290
9.600
9.600
71.40
72.80
61.20
60.50
0.145
0.307
NO CONTIENE NO CONTIENE NO CONTIENE
ARENA
GRAVA
ARENA
PARTICULAS LIVIANAS EN LOS AGREGADOS
ARENA SILICE
ALCALINIDAD
GRAVA
SILICE
ALCALINIDAD
CONTIENE
0.161
0.714
28.30
56.10
27.40
56.80
0.062
CONTIENE
0.238
0.648
29.10
56.80
27.80
57.50
0.116
CONTIENE
0.215
0.693
27.20
56.80
29.70
57.20
0.154
ARENA
…
…..
…..
GRAVA
ARENA
0.383
0.309
0.411
0.330
0.450
0.360
…
….
….
….
…
…
….
….
…..
…..
…..
…..
…..
…..
…..
…..
….
….
…..
…
…
….
….
….
…
…
….
….
…..
…..
…..
…..
…..
…..
…..
…..
….
…..
…..
…
…
….
….
….
…
…
….
….
…..
…..
…..
…..
…..
…..
…..
…..
….
0.168
0.383
…
…
….
….
….
…
…
….
….
…..
…..
…..
…..
…..
…..
…..
…..
….
…
…
….
….
….
…
…
….
….
…..
…..
…..
…..
…..
…..
…..
…..
….
CONTIENE
0.146
0.648
28.60
56.80
27.10
56.40
0.125
CONTIENE
0.217
0.648
28.40
56.10
27.40
57.10
0.171
CONTIENE
0.184
0.672
27.90
56.50
29.30
56.80
0.112
0.033
0.032
28.10
57.40
27.30
57.30
0.075
0.030
0.028
26.60
56.80
26.30
56.10
0.103
TRINCHERA 02
C 01
00 - 3.00
0.167
0.367
9.80
9.65
72.40
71.60
60.25
59.60
C 02
00 - 3.00
0.168
0.305
9.70
9.65
73.10
71.60
61.50
59.60
C-3
00 - 3.00
0.271
0.224
9.35
90.20
70.80
71.60
60.95
60.10
C 01
00 - 3.00
0.165
0.363
8.10
8.30
72.10
71.20
60.30
59.80
C 02
00 - 3.00
0.122
0.340
8.30
8.20
71.90
70.80
60.10
58.90
CANTERA RIO CHUMBAO
GRAVA
PARTICULAS FRIABLES DELEZNABLES
REACTIVIDAD AGREGADO / ALCALI
…
NATURAL
/MATERIAL
CA RB ON Y L IG NIT O
GRAVA ARENA
CANTERA SOCABON /
MA TE RI A O RG AN IC A
PROF. (m) GRAVA
M-1
PH
NO CONTIENE NO CONTIENE NO CONTIENE NO
NO
CONTIENE
CONTIENE
NO
NO
CONTIENE
CONTIENE
…..
……
…..
…..
…..
0.511
0.347
0.416
0.340
0.452
0.334
0.094
0.107
0.088
0.141
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos FUENTES DE AGUA Descripción de Fuentes de Agua Se han considerado 2 fuentes de agua: La laguna Pacucha. El rio Chumbao.
Propiedades Químicas de Fuentes de Agua
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos CONCLUSIONES
De acuerdo al análisis de resultados de laboratorio y tomando en cuenta la ubicación de las canteras, se ha optado por utilizar tres de ellas: Cerro /Talud Km 01+420 Uso: Relleno , Afirmado, Carpeta asfáltica Cerro /Talud Km 05+180
Uso: Relleno, Afirmado
Talavera y asfáltico.
Uso: Agregados para Concreto Hidráulico
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos CONCLUSIONES
Las Proporciones empleadas de cada cantera, para los diferentes materiales son las siguientes: BASE: Cantera 1+420: 60 % Piedra chancada procesada en chancadora. Cantera 1+420: 40 % Arena chancada procesada en chancadora. SUBBASE: Cantera 5+180: 70 % Piedra Zarandeada. Cantera Talavera: 30 % Arena Zarandeada. MAC: Cantera 1+420: 43 % Piedra Chancada. Cantera 1+420: 27 % Arena Chancada. Cantera Talavera: 29 % Arena Zarandeada.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos CONCLUSIONES
Las canteras para concreto de Cemento Pórtland serán de la Cantera Talavera de origen fluvial conformado por gravas y arenas, cumplen con todas las especificaciones del proyecto para su uso. El material a emplear para Base granular será del Cerro Talud 1+420. Se recomienda realizar el control permanente de esta característica física, mediante zarandeo durante la ejecución de la obra. Se incluyen, el plano de canteras y los resultados de laboratorio, en las especificaciones correspondientes se indica el tratamiento específico para el caso de los agregados.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Estudio de canteras de material de préstamo para capas compactadas de pavimentos CONCLUSIONES
Para la determinación de los volúmenes se ha efectuado levantamientos topográficos y calicatas exploratorias, los que nos ha permitido una apreciación bastante aproximada del volumen existente. En lo que se refiere al tratamiento y rehabilitación de las áreas destinadas a explotación de materiales, se está indicando en el volumen correspondiente a Impacto Ambiental en cumplimiento.
Igualmente en las Especificaciones Técnicas se establece los procedimientos de trabajo y forma de pago correspondiente. Las fuentes de agua de la laguna Pacucha y el rio Chumbao son aptas para elaboración de concreto hidráulico
Determinación de materiales y características para las capas que conforman la estructura del pavimento. El pavimento es el conjunto de capas granulares de materiales agregados que conforman una estructura que es colocada sobre la superficie de la subrasante adecuadamente preparada y diseñada tanto en calidad y espesor. La acción fundamental es la trasmisión adecuada de los esfuerzos de la carga de trafico al terreno de fundación durante su vida útil.
En conjunto hace posible el transito fluido de vehículos, con seguridad, confort y economía.
Determinación de materiales y características para las capas que conforman la estructura del pavimento. La determinación de materiales para la estructuración del pavimento obedece a la selección de materiales y métodos de diseño que por su naturaleza sean convenientes para los requerimientos que se estén persiguiendo. Por otro lado es común establecer los datos básicos para el diseño, es decir: trafico, tipo de suelo de la subrasante, suelo de fundación, importancia de la vía, condiciones de drenaje, etc.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Afirmado y bases granulares: Los materiales granulares que conforman las capas de afirmado, subbase y base, deben cumplir con rangos granulométricos especificados por el MTC. La gradación es una de las importantes propiedades de una mezcla asfáltica en caliente, incluyendo dureza, estabilidad, durabilidad, permeabilidad, trabajabilidad, resistencia a la fatiga, resistencia al rozamiento, y resistencia a la humedad.
Por estas razones la gradación es la primera consideración de diseño. Los materiales que serán empleados como material de afirmado o subbase podrá ser agregado natural, triturado o una combinación de ambos. Los agregados para bases deberán ser chancados y resistentes.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Mezclas de suelos y agregados La combinación de agregados es un tema conocido, los métodos son diversos, entre ellos se encuentran la dosificación de los agregados por paso y por métodos gráficos
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Ensayos de calidad de agregados Ensayo de abrasión (Maquina de los Ángeles). Ensayo de durabilidad. Porcentaje de partículas chatas y alargadas. Porcentaje de caras fracturadas. Ensayo de equivalente en arena.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Ensayos de calidad de agregados Ensayo de abrasión (Maquina de los Ángeles): ASTM C-131, MTC E207 Los agregados deben ser capaces de resistir el desgaste irrevestible y degradación durante la producción, colocación y compactación de las obras de pavimentos, y sobre todo durante la vida de servicio del pavimento. Debido a las condiciones de esfuerzo-deformación, la carga de la rueda es transmitida a la superficie del pavimento a través de la llanta como una presión vertical aproximadamente uniforme y alta. El ensayo de abrasión, ASTM C – 131 o MTC E-207, mide básicamente la resistencia de los puntos de contacto de un agregado al desgaste y/o a la abrasión.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Ensayos de calidad de agregados Ensayo de abrasión (Maquina de los Ángeles): ASTM C-131, MTC E207 El porcentaje de desgate se calcula:
% de desgaste= Pinicial – Pfinal X 100 P inicial
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Ensayos de calidad de agregados Ensayo de durabilidad: ASTM C 88 o MTC E 209 Es el porcentaje de perdida de material en una mezcla de agregados durante le ensayo de durabilidad de los áridos sometidos al ataque del sulfato de sodio o sulfato de magnesio. En ensayo se realiza exponiendo una mezcla de agregados a ciclos alternativos de baño de inmersión en una solución de sulfato de sodio y magnesio y secado en el horno. Los valores máximo de perdida son aproximadamente de los 20% para cinco ciclos de inmersión – secado.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Ensayos de calidad de agregados Porcentaje de partículas chatas y alargadas: ASTMD – 4791, MTC E-211. Esta demostrado que el exceso de partículas chatas y alargadas, pueden perjudicar el comportamiento de la estructura del pavimento. La carga proveniente del trafico puede quebrar las partículas y modificar la estructura original. Se denomina partícula chata cuando la relación ancho/espesor es mayor 1/3; y alargada cuando la relación largo ancho es mayor de 1/3.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Ensayos de calidad de agregados Porcentaje de caras fracturadas: ASTM D-5821; MTC E-210 Algunas especificaciones técnicas contienen requisitos relacionados al porcentaje de agregados grueso con caras fracturadas con el propósito de maximizar la resistencia al esfuerzo cortante con el incremento de la fricción entre las partículas. Otro propósito es dar estabilidad a los agregados empleados para carpeta o afirmado; y dar fricción y textura a agregados empleados en pavimentación.
CANTERAS DE MATERIAL DE PRESTAMO Ensayos de calidad de agregados Ensayo de equivalente en arena: ASTM D2419; MTC E-114. Este método de ensayo asigna un valor empírico a la cantidad relativa, finura y característica del material fino presente en una estructura de ensayo formado por suelo granular que pasa el tamiz N°4 (4.75 mm) El termino “Equivalente de Arena” transmite el concepto que la mayoría de los suelos granulares y agregados finos son mezclas de partículas gruesas, arenas y generalmente finos. El equivalente de arena es la relación de la altura de arena respecto a la altura de arcilla, expresada en porcentaje.
Este método proporciona una manera rápida de campo para determinar cambios en la calidad de agregados durante la producción o colocación.
