Se llama cantera a la fuente de aprovisionamiento de suelos y rocas necesarias para la construcción de una obra.
Las canteras aprovisionan material para la conformación de terraplenes, estabilizaciones, capa de subbase y bases o como agregado para la elaboración de concretos de cemento portland y asfaltico.
Calidad
Situación legal
Las canteras deben de ser evaluadas tomando en cuenta los siguientes criterios:
Accesibilida d y estado de las vías de acceso
Potencia y rendimiento
a) Por su calidad. La calidad de una cantera esta 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.
Requerimientos Granulométricos para Sub-Base Granular Tamiz 50 mm (2”) 25 mm (1”)
Porcentaje que Pasa en Peso Gradación A (1) Gradación B Gradación C Gradación D 100 100 ------75 – 95 100 100
9.5 mm (3/8”)
30 – 65
40 – 75
50 – 85
60 – 100
4.75 mm (Nº 4)
25 – 55
30 – 60
35 – 65
50 – 85
2.0 mm (Nº 10)
15 – 40
20 – 45
25 – 50
40 – 70
4.25 um (Nº 40)
8 – 20
15 – 30
15 – 30
25 – 45
75 um (Nº 200)
2–8
5 – 15
5 – 15
8 – 15
Fuente: ASTM D 1241 (1) La curva de gradación "A" deberá emplearse en zonas cuya altitud sea igual o superior a 3000 m.s.n.m. (1) La curva granulométrica SB-3 deberá usarse en zonas con altitud mayor de 3 500 m.s.n.m. (2) Sólo aplicable a SB-1.
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
Ensayos de laboratorio Las muestras representativas fueron 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, expresado como oxígeno (NTP 339.072) Humedad en mezclas de concreto asfáltico – Lottman (ASTM D-4867)
Requerimientos de Ensayos Especiales para Sub-Base Granular Requerimiento Ensayo
Norma AASHTO T 96 T 193
< 3000 msnm 50 % máx 40 % mín
> 3000 msnm 50 % máx 40 % mín
Abrasión CBR (1)
Norma MTC Norma ASTM MTC E 207 C 131 MTC E 132 D 1883
Límite Líquido
MTC E 110
D 4318
T 89
25% máx
25% máx
Índice de Plasticidad
MTC E 111
D 4318
T 89
6% máx
4% máx
Equivalente de Arena
MTC E 114
D 2419
T 176
25% mín
35% mín
Sales Solubles
MTC E 219
1% máx.
1% máx.
Partículas Chatas y Alargadas (2)
MTC E 211
20% máx
20% máx
D 4791
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 (Over). Potencia Aprovechable: Es aquella parte de la potencia neta aprovechable para un fin especifico.
Ejemplo de calculo de rendimientos Datos: Area de la cantera Profundidad aprovechable Top soil ( suelo superficial org.) Over en cantera ( >3”) Esponjamiento
35,000 m2 1.50 m 0.15 m 25% 5%
Potencia bruta: 1.5mx35,000m2 : 52,500 m3 (100%) Potencia neta en banco: ( desbroce=0.15 mx35,000m2=5,250m3 Pot. Brut. – Desbroce : 47,250 m3 (90%) Potencia aprovechable en banco Pot. Neta - Over : 35,437 m3 (67.5%)
c) 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.
D) Por su situación legal 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.
Etapas de exploración
Reconocimiento del terreno •Acceso. Geología y Geomorf. Topografía Situación legal
Estudios Preliminares •Espesores. •Comp. del subsuelo. •Napa freática. •Pruebas Insitu.
Estudios Definitivo •Potencia. •Calidad del material. •Costo de explotación. •Pruebas Insitu.
CANTERA Km 28+000 Playa Buenos Aires
CANTERAS JOSE PANZON – PTE NUEVA ESPERANZA
Croquis de explotación
Calicata/ Muestra
C-1/MI
C-2/M1
C-3/M1
C-4/M1
C-5/M1
C/6/M1
C-7/M1
Progresiva
0+000
6+000
12+000
14+650
18+000
24+000
28+000
Profundidad
0– 1.50
0– 1.50
0– 1.50
0– 1.50
0– 1.50
0– 1.50
0– 1.50
SUCS
CL
CL
GM-GC
GP-GM
GM
GP-GM
GM
AASHTO
A-6(6)
A-6(6)
A-2-4
A-1-a
A-6
A-1-a
A-1-b
Limite Líquido
33
38
22
19
37
19
16
Límite Plástico
20
22
5
19
26
17
16
Índice de Plasticidad
13
16
7
NP
11
2
NP
CANTERA A KM 12+720 POTENCIA: 11,500 m3 MATERIAL GRANULAR
CANTERA B KM 32+890 POTENCIA: 10,000 m3 MATERIAL GRANULAR
ACCESO: 1.02M
CANTERA C KM 63+400 POTENCIA: 16,000 m3 MATERIAL: GRANULAR
ACCESO: 2.00KM
ACCESO: 2.00M
ACCESO: 0.40KM
CANTERA D KM 68+110 POTENCIA: 18,000 m3 MATERIAL GRANULAR
02.00 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.
Los equipos usados en la exploración de canteras son normalmente: tractor sobre oruga o neumático, cargador frontal, excavadora, chancadora.
02.01 Cuidados en la explotación Cuando se trata de la explotación de materiales terreos por ejemplo para terraplenes, subbase y bases:
No mezclar los materiales de desperdicio (capa de desbroce o el over) Acopiar mezclando lo mas 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 mas comunes incluyen: Alimentación Zarandeo o cribado. Trituración. Lavado.
02.02 CHANDADORAS O TRITURADORAS Existen dos tipos de plantas, portátil y estacionaria. La planta portátil es usada en la construcción de caminos ubicados en zonas altas o en trabajos públicos de pequeño y mediano tamaño. Las plantas estacionarias, por otro lado, son más adecuadas para grandes escalas de producción y están ubicadas en función a los centros de abastecimiento.
CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN. Planta Portátil:
10-200 toneladas por hora.
Planta Estacionaria:
60-500 toneladas por hora.
La capacidad de producción más económica para estos tipos de plantas es de 150 toneladas por hora, y los siguientes puntos son desarrollados teniendo en cuenta esta capacidad de producción.
02.02 .01 ) PROCESO DE TRITURACIÓN La operación de trituración, es la primera etapa mecánica de la conminución. Por lo general se realiza en seco y en etapas sucesivas.
a) TRITURADORAS PRIMARIAS: Fragmentan trozos grandes hasta un producto de 6” a 4”. Se tienen dos tipos de maquinas: Trituradoras de Mandíbulas Trituradoras Giratorias. b) TRITURADORAS SECUNDARIAS: Fragmentan el producto de la trituración primaria hasta tamaños de 4” a 1/2”, entre estas maquinas tenemos. Trituradoras Giratorias Trituradoras Cónicas. c) TRITURADORAS TERCIARIAS: Fragmentan el producto de la trituración secundaria hasta tamaños de 1/2” o 3/8”, entre estas maquinas tenemos. Trituradoras Cónicas Trituradoras de Rodillos.
a.I) TRITURADOR DE MANDIBULAS (CHANCADORAS) Esencialmente constan de dos placas de hierro instaladas de tal manera que una de ellas se mantiene fija y la otra tiene un movimiento de vaivén de acercamiento y alejamiento a la placa fija, durante el cual se logra fragmentar el material que entra al espacio comprendido entre las dos placas (cámara de trituración).
a.I) TRITURADOR DE MANDIBULAS (CHANCADORAS) El nombre de estas trituradoras viene del hecho de que la ubicación y el movimiento de las placas se asemejan a las mandíbulas de un animal, por eso, la placa fija suele llamarse mandíbula fija y la otra placa, mandíbula móvil.
El
tamaño de las chancadoras se designa por la abertura de alimentación y al ancho de la boca Las figuras 3b y 4 muestran las partes más importantes de un triturador tipo Blake de doble efecto (double toggle). El movimiento de vaivén de la mandíbula móvil es accionado p or el movimiento vertical (ascendente y descendente) de una biela (pitman) la cual esta articulada a un eje excéntrico p or su parte superior y a dos riostras por la parte inferior, estando la riostra trasera articulada a un punto de apoyo ubicado en la parte trasera de la maquina y la riostra delantera articulada a la p arte inferior de la mandíbula móvil
mandíbulas están cubiertas por soleras de acero al manganeso y sujetas a las mandíbulas mediante pernos la superficie de las soleras pueden ser lisas, corrugadas o acanaladas
Las
El tamaño de estas maquinas puede variar desde 125 x 150 mm. a 1600 x 2100 mm. Pueden triturar partículas desde 1,2 m. de tamaño aproximadamente, a razón de 700 a 800 TPH. La velocidad de la maquina, varia inversamente con el tamaño y usualmente esta en el rango de 100 a 400 rpm. El radio de reducción promedio es de 7:1, y p uede variar desde 4:1 hasta 9:1, la potencia consumida puede variar hasta 400 HP, para el caso de las maquinas grandes.
A.II) TRITURADORAS GIRATORIAS Consisten en un eje vertical largo
articulado por la parte superior a un punto (spider) y por la parte inferior a un excéntrico. Este eje lleva consigo un cono triturador. Todo este conjunto se halla ubicado dentro el cóncavo o cono fijo exterior. El conjunto, eje y cono triturador se halla suspendido del spider y puede girar libremente (85 – 150 rpm), de manera que en su movimiento rotatorio va aprisionado a las partículas que entran a la cámara de trituración (espacio comprendido entre el cono triturador y el cóncavo) fragmentándolas continuamente por compresión.
La Fig. 5 muestra esquemáticamente los tipos de trituradoras giratorias, y un
corte de una de éstas maquinas se muestra en la Fig. 6 El tamaño de este equipo se designa por la dimensión de la abertura de
alimentación (feed openning-gape) y el diámetro de la parte inferior del cono (head diameter)
b.II) TRITURADORAS CÓNICAS. Es una trituradora giratoria modificada. La diferencia principal es que el eje y cono triturador no está suspendida del spider sino que esta soportada por un descanso universal ubicado por debajo, t al como puede observarse en la Fig. 8. Además, como ya no es necesario una gran abertura de alimentación el cono exterior y a no es abierto en la parte superior El tipo de trituradora cónica mas utilizada es la Symons, la cual se fabrica en dos formas: a.Trituradora cónica Symons Standard, normalmente utilizada en la trituración secundaria. b.Trituradora cónica Symons de cabeza corta, utilizada en la trituración fina o terciaria.
C.II) TRITURADORA DE RODILLOS Estas trituradoras siguen siendo utilizadas en algunas plantas, aunque en otras han sido reemplazadas por las cónicas. El modo de operación es muy simple. Consiste en dos rodillos horizontales los cuales giran en direcciones opuestas. El eje de una de ellas esta sujeta a un sistema de resortes que permite la ampliación de la apertura de descarga en caso de ingreso de partículas duras
02.02 .02 ELEMENTOS TRANSPORTADORES DE ÁRIDOS Cumple la función específica de trasladar los materiales
entre dos puntos de cota distinta. En general, los elementos transportadores no tienen mayor alcance que el necesario para comunicar las partes fundamentales de una instalación de machaqueo, que como se sabe, son: machacadora, cribas y silos, o bien el lugar de producción y el de empleo.
TIPOS DE TRANSPORTADORES: Los cuatro más empleados son: A. Cintas transportadoras B. Elevador de cangilones C. Redlers D. Tornillo de Arquímedes
a) CINTAS TRANSPORTADORAS El transporte por cintas, en la mayor parte de los casos, se
emplea cuando los materiales que han de transportarse son granulares y no cohesivos. Como ventajas del transporte por cinta figuran: el bajo costo de montaje y la posibilidad de efectuar la descarga en cualquier punto de su trayectoria, así como la capacidad de adaptación posterior de las instalaciones a otras obras. En instalaciones normales de obras públicas rara vez rebasa cada cinta la longitud de 100m.
Partes de una Banda Transportadora. En la figura se observan las partes de una banda transportadora sencilla: a.) Banda, b.) Rodillo Motriz, c.) Rodillo Tensor, d.) Carga del Género, e.) Descarga del Género, f.) Tensado, g.) Rodillos de Guía.
Elementos que conforman la cinta transportadora: Estructura de soporte de la cinta. Cilindro motor, generalmente colocado en la parte superior
de la cinta (cuando esta no es horizontal) al efecto de que la cara de la banda cargada este traccionada. Cabeza o tambor de retorno y tensado. Rodillos superiores e retorno de la banda. Rodillos inferiores. Banda material plástico con anchos que oscilan entre 40 y 100cm.
Las cintas pueden ser horizontales o inclinadas, también es
normal que se dispongan bandas o cintas de arrastre con tacos o rugosidades para evitar el deslizamiento del material. Respecto a las cabezas motoras y tensoras, debe añadirse que se hacen normalmente de chapa de acero y que pueden, en algunos casos, tener rugosidades especiales, para facilitar el arranque con cinta cargada y evitar esfuerzos de patinado que pudieran destrozar las cintas por calentamiento.
La banda cuyo coste puede representar más del 50 por 100
del total de la cinta. Internacionalmente, el tejido de algodón que forma el núcleo de la banda se clasifica por el peso de onzas de la llamada unidad “DUCK” , los valores normales de mercado son de 28, 32, 36, 42 y 48 onzas/duck. Aunque se supone que las cintas duran 5 años a efectos de amortización se estima un coste de mantenimiento entre 20 y 25 por 100 de adquisición, según la dureza de su trabajo como en función del material que transportan.
PRODUCCIONES NORMALES DE LAS CINTAS
La pendiente limite de elevación de una cinta o conjunto de cintas múltiples puede evaluarse en 15º, si bien puede aumentarse a 25º si dispone de tacos adosados a su cara exterior, que impidan el deslizamiento por gravedad.
b) ELEVADORES DE CANGILONES
Se entiende por elevadores de cangilones el conjunto de una cadena sin fin de la cual van colgados cangilones iguales para el transporte del material. Los elevadores de cangilones pueden ser de construcción cubierta o descubierta, dependiendo del material a elevar y de las condiciones ambientales, tales como viento lluvia, etc. Aunque los elevadores de cangilones son normalmente verticales, pueden disponerse en planos inclinados. Las velocidades de traslación oscilan entre 1 y 4 m/s, alcanzándose anchos de 1m. Rara vez su elevación es superior a los 50m, y su capacidad no sobrepasa los 400m3/h.
c) TRANSPORTADORES REDLERS Para transportes continuos se usan frecuentemente cadenas sin fin introducidas en cajas cerradas que se desplazan en su movimiento masas de material pulverulento, pero no cohesivo. La cadena resbala sobre el fondo o sobre carriles adecuados, y el arrastre del material es facilitado por la presencia de barras transversales fijas a la cadena. Este tipo de aparatos no se utilizan más que en fábricas e instalaciones industriales en razón a la fuerte inversión que representa. Normalmente, no se transportan más de 800t/h a velocidades inferiores a 2m/s; su longitud total es, generalmente, inferior a los 200 m.
TRANSPORTADOR REDLER
d) TORNILLO DE ARQUIMEDES Para el transporte de áridos muy finos puede emplearse
el tornillo de Arquímedes, que consta de un tornillo sin fin encerrado en un cilindro o en caja de sección rectangular que lo envuelve a pequeña distancia de su hélice exterior. Aunque, frecuentemente, el tornillo de Arquímedes se utiliza para simultanear el transporte con el lavado de un árido mediante una corriente de agua, puede también emplearse como elemento simple de transporte.
d) TORNILLO DE ARQUIMEDES
1. 2. 3. 4. 5.
Tolva. Alimentador. Chancadora primaria. Chancadora secundaria. Chancadora terciaria.
6. Clasificador primario. 7. Clasificador secundario. 8. Clasificador. 9 – 17. Transportadores de correa. 4 A. Desmenuzador de piedras.
De acuerdo a los requerimientos se obtendría la siguiente producción en m3 procesado.
