Diseño de canteras de explotación de agregados calcáreos_

CANTERAS DE EXPLOTACIÓN DE AGREGADOS - PUNO



UNIVERSIDAD NACIONAL DEL

DOCENTE: Ing. ESTEBAN AQUINO PRESENTADO POR: DE CANTERAS 1.- Nelson A. Charca Huacasi

EXPLOTACIÓN DE

2.3.-

AGREGADOS

4.CURSO:


I. 

OBJETIVOS Realizar un análisis análisis comparativo comparativo mediante mediante el estudio de de las Canteras de Agregados de de la provincia de Puno



Determinar las propiedades propiedades físico – mecánicas de los agregados de las canteras



Analizar el costo por m3 de concreto considerando cada cantera en estudio.



Determinar su optimización optimización y los costos en producción.

II.

MARCO TEÓRICO

2.1.

AGREGADOS CALCÁREOS

Se conocen como áridos para caminos a los fragmentos y partículas inertes, obtenidas naturalmente naturalmente o por un proceso de trituración t rituración a partir de rocas, que entran a formar parte de la mezcla asfáltica. El árido forma parte de aproximadamente aproximadamente un 95% de la mezcla. Los áridos, también denominados agregados, pueden tener un origen natural o provenir del chancado, molienda y clasificación de rocas preexistentes explotadas en canteras. Los principales yacimientos de agregados corresponden a materiales aluviales que conforman depósitos de piedemonte en las laderas de los cerros, en terrazas al costado de los ríos, planicies, aluviones o depósitos residuales en rocas meteorizadas. Muchos de ellos son explotados esporádicamente mediante canteras de diversos tamaños. Los materiales naturales susceptibles de utilización para fabricar áridos son muy abundantes y se encuentran encuentran en todos los ambientes geológicos. Sin embargo, existen limitaciones para que todos estos materiales constituyan reservas explotables. Estas limitaciones son cada día más severas (debido al control de calidad) y se refieren a los siguientes aspectos: 

Tipología petrológica del material



Forma, situación y características características del yacimiento yacimiento



Demanda del mercado, precios, incidencia incidencia del transporte



Legislación Legislaci ón general y local



Aspectos medio ambientales, etc.


I. 

OBJETIVOS Realizar un análisis análisis comparativo comparativo mediante mediante el estudio de de las Canteras de Agregados de de la provincia de Puno



Determinar las propiedades propiedades físico – mecánicas de los agregados de las canteras



Analizar el costo por m3 de concreto considerando cada cantera en estudio.



Determinar su optimización optimización y los costos en producción.

II.

MARCO TEÓRICO

2.1.

AGREGADOS CALCÁREOS

Se conocen como áridos para caminos a los fragmentos y partículas inertes, obtenidas naturalmente naturalmente o por un proceso de trituración t rituración a partir de rocas, que entran a formar parte de la mezcla asfáltica. El árido forma parte de aproximadamente aproximadamente un 95% de la mezcla. Los áridos, también denominados agregados, pueden tener un origen natural o provenir del chancado, molienda y clasificación de rocas preexistentes explotadas en canteras. Los principales yacimientos de agregados corresponden a materiales aluviales que conforman depósitos de piedemonte en las laderas de los cerros, en terrazas al costado de los ríos, planicies, aluviones o depósitos residuales en rocas meteorizadas. Muchos de ellos son explotados esporádicamente mediante canteras de diversos tamaños. Los materiales naturales susceptibles de utilización para fabricar áridos son muy abundantes y se encuentran encuentran en todos los ambientes geológicos. Sin embargo, existen limitaciones para que todos estos materiales constituyan reservas explotables. Estas limitaciones son cada día más severas (debido al control de calidad) y se refieren a los siguientes aspectos: 

Tipología petrológica del material



Forma, situación y características características del yacimiento yacimiento



Demanda del mercado, precios, incidencia incidencia del transporte



Legislación Legislaci ón general y local



Aspectos medio ambientales, etc.


Los agregados son materiales pétreos naturales, granulometría sin forma y volumen definido, que por lo general son inertes. Por su tamaño los agregados pueden clasificarse en finos y gruesos, determinado por el tamaño de mayor promedio usando como referencia un tamiz como límite. Se denomina agregado grueso o grava a todo material que quede retenido por el tamiz N° 4, para arena o agregado fino, el que pasa por el tamiz 3/8 y es retenido por el tamiz 200, los pasantes de 200 entre 0,06 y 0,002 mm, se denominan limos y los menores arcillas. Los agregados son usados en la elaboración de concreto, morteros y diferentes componentes constructivos, específicamente en mezclas de concreto ocupan, por lo menos, tres cuartas partes del volumen, por lo que su elección y control deben ser cuidadosos por ser factor decisivo en su calidad. Los agregados en la mezclas de concreto crean un esqueleto esqueleto rígido y estable, lo que se logra uniéndolos con cemento y agua (pasta). Entre las funciones principales de los agregados se tienen: t ienen: 

Proporcionar relleno relativamente relativamente económico económico para el material cementante.



Proveer una masa de partículas aptas para resistir la acción de cargas aplicadas, aplicadas, abrasión, paso de humedad, y la acción climática.



Reducir los cambios cambios de volumen resultante de los procesos de fraguado y endurecimiento y de los cambios de la humedad de la pasta de cemento.

Los agregados pueden pueden ser utilizados utilizados en su estado natural, por lo que que sus concretos pueden alcanzar mayor resistencia. resistencia. Los agregados deben estar libres de partículas orgánicas, sales, limos y arcillas que pueden afectar las reacciones químicas de fraguado o produzcan porosidades indeseables. Dependiendo del tipo de concreto que pueden emplear agregados ligeros, agregados normales o agregados pesados. Así como también se pueden utilizar utilizar agregados artificiales. El progresivo agotamiento de las fuentes de obtención de las arenas, o las restricciones ambientales esta por su explotación, tiende a generar escasez del material, por lo cual se ha empezado a obtener arena a partir de la trituración de rocas, usualmente las mismas de las que se obtiene el agregado grueso, aunque sus características no sean idénticas a las de arenas natural.


2.1.1. Propiedades mecánicas de los agregados Los agregados ´poseen propiedades mecánicas las cuales entre las más principales señalamos las siguientes: 

Tanto la forma de la partícula como la textura de la superficie del agregado influyen considerablemente en la resistencia de los concretos, afectando más a la resistencia a la flexión que a la de comprensión. Una textura más áspera dará por resultado una mayor adhesión o adherencia entre las partículas y el matriz de cemento.



La

resistencia

a

la

comprensión

del

concreto

no

puede

exceder

significativamente a la de la mayor parte del agregado que contiene, aunque no es fácil determinar la resistencia a la trituración del agregado mismo. Es posible tolerar unas pocas partículas débiles, ya que los vacíos de aire pueden considerarse como partículas de agregado con una resistencia cero. 

La dureza puede definirse como la resistencia del agregado a fallar por impacto y se relaciona con el valor de trituración empleándose así como una prueba alternativa.



La resistencia al desgate es medida por la prueba de los ángeles que combina los procesos del desgate y abrasión, y sus resultados muestran una buena correlación no solo con el desgaste real del agregado y compresión de los concretos hechos con el mismo agregado.

2.1.2. Propiedades físicas los agregados Las propiedades físicas de los agregados son relevantes para el comportamiento del agregado en el concreto y para las propiedades del concreto hecho con el agregado donde entre las más importantes destacamos las siguientes: 

La gravedad especifica que es la relación de la masa o peso en aire de una unidad de volumen de material.



La densidad de la masa depende de cuan compacto este el agregado y de la distribución de formas y tamaños de las partículas, por ello para el propósito de pruebas, debe especificar el grado de compactación.



La porosidad, la permeabilidad y la capacidad de absorción del agregado influyen en la adherencia con las pasta de cemento, en la resistencia del concreto al congelamiento y deshielo, en la estabilidad química, en la resistencia a la abrasión y en la gravedad especifica.




El contenido de humedad es el exceso de agua en un estado saturado y con superficie seca. Así, el contenido total de agua de un agregado húmedo será igual a la suma de absorción y del contenido de humedad.



Existen tres categorías generales de sustancias nocivas que pueden encontrarse en los agregados como las impurezas que interfieren en los procesos de hidratación del cemento, coberturas que impiden el desarrollo de una buena adherencia entre el agregado y la pasta de cemento y algunas partículas individuales que son de viles y defectuosas por sí mismas.

2.2.

PROCESO DE TRITURACION

Para el tratamiento industrial de rocas y minerales, es necesario practicar una preparación de los mismos y dentro de esa preparación normalmente se requiere efectuar una reducción de tamaño. Las operaciones mediante las que se efectúan dichas reducciones de tamaño por medios físicos se denominan trituración y molienda. Estas operaciones son de aplicación habitual en los procesos industriales, tal como puede observarse en el proceso de fabricación del cemento Portland en el Capítu lo I - Miner ales d e Uso Industrial.

Las operaciones citadas se realizan con el objeto de facilitar el transporte de los materiales, las operaciones físicas (tales como mezclado, dosificación, aglomeración o disolución) y facilitar o permitir las reacciones químicas (como consecuencia de que la velocidad de reacción es función de la superficie de las partículas y es tanto más grande cuanto mayor es su grado de subdivisión). Si bien no existe una diferencia clara entre la trituración y la molienda, en general se habla de trituración cuando se fragmentan partículas de tamaños superiores a 1 pulgada (1") (se utilizaran unidades métricas e inglesas pues es común en el desarrollo de la materia la utilización de manuales y catálogos con valores expresados en unidades inglesas) y de molienda cuando se tratan partículas de tamaños inferiores a 1" (1" = 2.54 cm). La trituración es también denominada desintegración y las maquinas que la producen

trituradoras, desintegradoras, quebrantadoras o machacadoras según los diversos autores.


2.2.1. Etapas de Trituración La desintegración se realiza en distintas etapas y en una gran diversidad de máquinas. Así el material extraído de cantera y que se trata en una trituradora, en esa etapa se realizara la trituración primaria. Si de allí el material producido pasa a una segunda trituradora, en esta se efectuara la trituración secundaria. Si sigue triturándose en otra máquina, la terciaria, etc.

2.2.2. Tamaños de Partículas Tanto el mineral o roca extraído de cantera como el que a sufrió una o más etapas de reducción, se puede clasificar de acuerdo a su tamaño. En general, se clasifican de la siguiente forma: 

Material grueso: trozos de un tamaño mayor a 75 cm (30").



Material mediano: trozos de un tamaño de 10 a 75 cm (4" a 30").



Material fino: trozos de un tamaño menor a 10 cm (4")

Por otra parte, según el tamaño que tienen las partículas a la salida de las máquinas de desintegración, se pueden distinguir las distintas etapas de trituración y molienda. Seguidamente se detallan las mismas:

A) Trituración (desintegración grosera) 

Trituración gruesa – tamaños de partículas de salida: 15 cm (6").



Trituración mediana – tamaños de partículas de salida: entre 3 y15 cm



(1¼" a 6").



Trituración fina – tamaños de partículas de salida: entre 0.5 y 3 cm



(1/5" a 1¼").

B) Molienda (desintegración fina) 

Molienda grosera – tamaños de partículas de salida: entre 0.1 y 0.3 mm.



Molienda fina – tamaños de partículas de salida: menores de 0.1 mm.

La trituración grosera, mediana y fina corresponden, prácticamente, a la primera, segunda y tercera etapa de trituración; mientras que la molienda grosera y fina corresponden a las etapas primaria y secundaria de la molienda. Los tamaños de partículas se establecen en base a los diámetros de las mismas. Para un trozo de material se puede determinar, midiendo el ancho, espes siguientes expresiones:


En realidad, los trozos de materiales constituyen conjuntos de diversos tamaños, por consiguiente resultaría imposible, desde el punto de vista industrial, practicar las mediciones señaladas anteriormente. En la industria, lo que se hace es clasificar los trozos con una serie de tamices (o zarandas) y, de acuerdo a los tamaños de los agujeros de los tamices, se le equiparan a las partículas dichos tamaños según pasen o no cada tamiz. Posteriormente, el tamaño medio de la muestra se calculara con la siguiente expresión:

Dónde: D: Diámetro medio de las partículas. Di: Tamaños de los agujeros de cada tamiz. ki: Cantidades (en peso) de partículas que pasan cada tamiz. Estos conceptos se profundizaran y aclararan durante el desarrollo del Ca pítu lo IV Separación de sólidos de sólidos.

2.2.3. Grado de Desintegración El coeficiente de reducción que se obtiene en las máquinas de trituración (trituradoras) o de molienda (molinos) se denomina grado de desintegración y se define como la relación entre los tamaños máximos de las partículas a la entrada y salida de la máquina. El grado de desintegración ( ∑) se expresa de la siguiente manera:

El grado de desintegración en trituración se encuentra acotado entre 2 y 15.


2.2.4. Etapas de Trituración Con frecuencia, la capacidad de reducción de una trituradora o molino será insuficiente para asegurar la desintegración total deseada, por lo que se hará necesario efectuarla en dos o más etapas. Para ello se colocan trituradoras o molinos en serie, de modo tal que el mineral extraído del yacimiento alimenta una trituradora (o molino) primario, y la descarga de esta alimenta la trituradora (o molino) secundario, y así sucesivamente llamándose las etapas posteriores terciaria, cuaternaria, etc. Este modo de disposición de maquinarias no solo es utilizado para obtener un mayor grado de reducción en el mineral, sino que también es utilizado por empresas que comercializan mineral triturado para optimizar la obtención porcentual de un determinado intervalo de granulometría.

2.2.5. Características de las Rocas Las características de las rocas nos dan una idea general acerca del comportamiento esperado en las operaciones de trituración y molienda. Las características más relevantes son: dureza, resistencia a los distintos esfuerzos, peso específico, grado de humedad, forma y tamaño del grano, etc. La dureza, por ejemplo, determina el procedimiento de desintegración a seguir. Los materiales se clasifican en: 

Muy duros (diamante).



Duros (granito, cuarzo).



Medios (caliza, dolomita).



Blandos (yeso, talco).

Los muy duros y duros conviene que sean desintegrados por trituradoras que trabajen al aplastamiento y choque. Los medios y blandos también pueden ser tratados por máquinas que trabajen al frotamiento y al aplastamiento. El grado de humedad es otra característica importante dado que permite decidir, en molienda, por ejemplo, el tipo a utilizar, seca o húmeda, e incluso el molino más conveniente. El peso específico de una roca varía con el tamaño de partícula (dado que el utilizado es el denominado peso específico aparente), por lo que permite calcular las capacidades reales de producción de trituradoras y molinos en función de los volúmenes a tratar y el grado de desintegración requerido.


2.2.6. Teoría General de la Desintegración Desde hace más de un siglo, la desintegración ha sido objeto de investigaciones teóricas, fundamentalmente, con el fin de determinar el trabajo necesario para desintegrar las partículas. En términos generales, se puede decir que las leyes y teorías existentes están superadas, dado que las mismas consideraban que el proceso era puramente mecánico, cuando en realidad se ha determinado que se trata, también, de un proceso cinético, donde influye, en forma importante, el estado físico-químico de los sólidos. En la actualidad se puede decir que todavía no existe una teoría general satisfactoria. No obstante, como algunas leyes dan una aproximación, al menos parcial, de los fenómenos reales, a continuación se darán las principales existentes.

2.3.

LEY ES DE DESINTEGRA CIÓN

Las leyes de la desintegración se pueden clasificar de la siguiente forma: 

Leyes de distribución granulométrica.



Leyes energéticas.

2.3.1. Leyes de Distribución Granulométrica Se ha comprobado que resulta imposible obtener, por medio de la trituración, partículas que, en su totalidad, sean de volumen (tamaño) igual y uniforme. El material producido es de distintas dimensiones, repartiéndose de acuerdo a curvas bien definidas denominadas curvas granulométricas. En la Figura N°1 se pueden observar diversas curvas granulométricas.


Figura No 1. Curvas granulométricas. El profesor Gaudin estudiando el comportamiento de los materiales en la desintegración enuncio lo siguiente: a) El porcentaje de material fino aumenta a medida que aumenta el grado de desintegración. Varias etapas de trituración producen menor cantidad de materiales muy finos (ultra finos) que la trituración equivalente en una sola etapa. b) La trituración de trozos planos produce más material fino que la de trozos en forma regular. c) La forma media de los granos triturados varia con la ubicación en la escala de tamizado. Los granos gruesos y finos (los extremos) son alargados, mientras que los medios tienen forma más cúbica.

2.3.2. Leyes Energéticas Dentro del consumo de energía destinado a la trituración de materiales solo un 2% aproximadamente produce la aparición de nuevas superficies, el resto se pierde en deformación plástica de las partículas, deformación de las partes metálicas de la maquinaria, fricciones entre partículas, rozamiento de las partículas con las paredes de la maquinaria, calor, ruido y vibraciones. La ley energética general que enuncia la relación existente entre el aporte necesario de energía y la reducción de tamaño obtenida expresa que la energía necesaria para una determinada desintegración es proporcional exponencialmente al tamaño de la partícula:


Dónde: dE: Diferencial de energía dL: Diferencial de elongación. c: Constante de proporción. L: Longitud. p: Constante en función del tipo de material. Existen variantes de esta Ley que se adaptan mejor a determinadas condiciones de trabajo: la Ley de Rittinger, enunciada en el año 1867 y que se basa en la hipótesis de las superficies de las partículas; la de Kick, expresada en el año 1885 y que se basa en una hipótesis volumétrica y la teoría de Bond, del año 1951.

2.3.2.1.

Ley de Rittinger

Esta ley, cuya explicación responde bastante bien a la desintegración de productos finos expresa: “El trabajo necesario para una desintegración es proporcional al aumento de

superficie producida”.

Dónde: W: Trabajo de desintegración. z: Energía superficial específica. S: Aumento de superficie producido en la desintegración. Otra forma de expresar esta ley es la siguiente: “Los

trabajos

producidos

en

la

desintegración

proporcionales a los tamaños de los granos producidos”

2.3.2.2.

Ley de Kick

son

inversamente


Esta ley responde, con bastante aproximación, a la desintegración de productos gruesos y expresa lo siguiente: “El trabajo absorbido para producir cambios análogos en la configuración de

cuerpos geométricamente semejantes y de la misma materia varia con el volumen o la masa”

Otra forma de expresión es la siguiente:

Dónde: W: Trabajo de desintegración. V: Volumen. M: Masa. B: Constante. D: Tamaño (i: inicial; f: final).

2.3.2.3.

Desviaciones de las Leyes de Rittinger y Kick

Las desviaciones que presentan en la práctica ambas leyes se deben a lo siguiente: a) Se partía del principio de que la desintegración produce productos de igual forma que los iniciales (isostenia), es decir, que al desintegrar partículas de forma cúbica se producían cubitos o si se partía de esferas se producían esferitas. Este principio no es válido. b) Se suponía que los materiales son isótropos (igual resistencia en todas direcciones (anisotropía). c) No se consideraba que los productos a desintegrar pueden tener grietas superficiales (lugares donde se comienza a desintegrar el material sin consumo de energía). d) No se tuvieron en cuenta ni las deformaciones elásticas, ni que el producto se mueve dentro de la máquina, lo que produce rozamientos calor del material, etc. e) No se consideraba que la materia ya molida amortigua el golpe de la maquina contra la materia aun no molida.

2.3.2.4. Teoría de Bond


Esta teoría se ajusta con bastante aproximación a la desintegración de minerales por vía húmeda; se expresa de la siguiente forma: “El trabajo de romper una roca es el necesario para sobrepasar su deformación

crítica y que aparezcan grietas de fractura; luego la fractura se reduce sin aportes apreciables de energía”.

La expresión es la siguiente:

Dónde: Wi: Índice energético del material (KWh por tonelada necesarios para reducir un material desde un tamaño infinito hasta que el 80% pase por el tamiz de 100 (10-6 m). Di y Df: Tamaño inicial y final de las partículas. W: Trabajo de desintegración.

2.4.

TRITURADORAS

Existe una gran cantidad de trituradoras de distinto tipo, las que permiten efectuar el trabajo de desintegración en la preparación de rocas y minerales. Conforme al tipo de trituradora y a los esfuerzos a los que someten a las rocas se utilizan unas u otras con sus ventajas técnico-económicas propias de cada una. Seguidamente se consideraran solo aquellas que se estiman más importantes y de aplicación más generalizada. En el cuadro siguiente se detallaran los tipos de trituradora a considerar:

La clasificación anterior se hace basándose en el elemento de las máquinas que efectúa la desintegración, mandíbulas, cilindros o martillos.

2.4.1. Trituradoras de Mandíbulas


Las trituradoras de mandíbulas comprenden las denominadas de acción periódica, conocidas, generalmente como “Trituradoras de mandíbulas” y las de acción continua, llamadas más comúnmente “Trituradoras giratorias” o “Trituradoras cónicas”.

Ambos tipos de trituradoras de mandíbula trabajan (desintegran) fundamentalmente por el efecto de aplastamiento (compresión) y, en menor grado, por la flexión, predominando este último efecto más en las de acción continua. Estas trituradoras se denominan de mandíbulas pues desintegran rocas y minerales en forma similar a la masticación que ejerce el ser humano sobre los alimentos. Las trituradoras de mandíbulas (nos referiremos en adelante a las de acción periódica en estos términos), se utilizan principalmente para la desintegración de material grueso, produciendo material irregular, puntiagudo y con aristas. Generalmente se utilizan en trituración primaria y, eventualmente, en trituración secundaria. Las trituradoras giratorias o cónicas (en adelante nos referiremos a las de acción continua en estos términos), se utilizan en trituración primaria, secundaria y terciaria). 2.3.1.1 Trituradoras de Acción Periódica. Trituradoras de Mandíbulas Existen cuatro tipos de trituradoras de mandíbulas: las de doble efecto (tipo Blake), las de simple efecto (tipo Dalton), la tipo Lyon y la tipo Dodge. Las dos primeras son de uso más generalizado.

Trituradoras tipo Blake (Doble efecto) La trituradora tipo Blake cuenta con dos mandíbulas (ver Figura N°2), una fija (7) y una móvil (5), que son las que producen la desintegración de las rocas con un movimiento de masticación. La mandíbula móvil se acerca y aleja de la fija pivoteando en un punto superior de suspensión (10). El movimiento de la mandíbula se logra por el ccionamiento de un motor, que se acopla a través de correas, con un eje (1). En forma excéntrica al eje (2) va acoplada una biela (3) que merced a la excentricidad, sube y baja. Dicha biela, en su parte inferior tiene una articulación, a las que van unidas dos riostras (4) (o placas riostras). Dichas riostras se unen, en el extremo opuesto a la articulación, una a la mandíbula móvil (en su parte inferior) y la otra a un apoyo fijo. Al subir la biela, arrastra hacia arriba las riostras, horizontal izándolas y haciendo mover el extremo inferior de la mandíbula móvil hacia la fija. Cuando la biela baja, arrastra a las riostras hacia abajo y la mandíbula móvil se aleja de la fija. De esta forma, alternativamente, la mandíbula móvil se acerca y aleja de la fija. Cuando se acerca comprime las rocas que se encuentran en el interior de la maquina; cuando se aleja las piedras van cayendo por gravedad. Las rocas a triturar ingresan por la boca de carga, en la parte superior (9) y


salen de la maquina por la parte inferior (8) por gravedad. Durante su recorrido se van desintegrando.

Figura No 2. Esquema Trituradora tipo Blake.


Figura No 3. Corte Trituradora tipo Blake.

Las principales partes de las maquinas son las siguientes: a) Las mandíbulas, que cuentan con placas de recubrimiento llamadas placas de trituración (6), que pueden ser lisas u onduladas (estas permiten ejercer el esfuerzo de flexión sobre las rocas). b) El eje (1), que cuenta en un extremo con una polea (donde se acoplan las correas que transmiten el movimiento del motor al eje) y en el extremo opuesto con un volante de gran masa que ejerce la función de acumulador de energía, cuando la mandíbula móvil se aleja de la fija (no tritura), la que devuelve cuando la móvil se acerca a la fija (tritura). c) La biela, que transmite el movimiento del eje a las riostras que mueven la mandíbula móvil. Las riostras, además de transmitir el movimiento, sirven como fusibles del sistema.


Tienen algún punto de la pieza de menor resistencia que el conjunto que hace que cuando la maquina realice un esfuerzo superior al previsto en su dimensionamiento, se rompa la riostra en su punto débil y evite la rotura de la máquina. La abertura de salida del material (8) (abertura de cierre), puede regularse acortando o alargando la riostra que está unida un ida al apoyo fijo. La abertura de cierre tiene dos tamaños extremos, la denominada abertura de cierre mínimo (es el momento en que el giro del eje hace que la mandíbula móvil esté más cerca de la fija) y la abertura de cierre (máximo) que es cuando el eje giro 180° de la anterior posición, es decir, cuando la mandíbula móvil está más alejada de la fija. Las rocas trituradas saldrán en una diversidad de tamaños acotados por las aberturas de cierre mínimo y máximo. En general, cuando nos referimos en adelante al término “abertura de cierre” nos

estaremos refiriendo a la abertura de cierre mínimo que es la que habitualmente se mide. En la medida que se varia en una maquina la abertura de cierre, se estarán variando los tamaños de salida de sus productos y, por consiguiente, su grado de desintegración. Las maquinas tendrán distintas curvas granulométricas del material producido, uno por cada abertura de cierre empleada. empleada. El bastidor de la trituradora está formado por una especie de cajón rectangular que puede estar construido en fundición de alta resistencia, de acero moldeado o de chapas y perfiles laminados y soldados. Las mandíbulas están protegidas por placas de trituración (placas de desgaste) y construidas en acero al manganeso, las que se reemplazan periódicamente en función del desgaste. El resto de las piezas suelen ser construidas en acero moldeado o acero duro. El eje suele ir montado sobre cojinetes de rodillos. El número de compresiones varía entre 50 y 750 por minuto, siendo los valores más comunes entre 150 y 300. Las velocidades de compresión están entre 0,20 y 0,50 m/seg.


2.5.

DESCRIPCIÓN DE CANTERAS

Las principales canteras son las siguientes (Tabla 27):

2.5.1. Cantera Río Ollachea Se encuentra en el distrito de Ollachea, provincia de Carabaya, a 1,2 km en línea recta al norte del poblado de Ollachea. Sus coordenadas UTM son 8475654N, 340661E. El acceso es mediante el siguiente itinerario: itinerario: Juliaca-Macusani Juliaca -Macusani (211 km por carretera asfaltada), Macusani-Ollachea (50,5 km por carretera afirmada), el camino hacia la cantera hacia San Gabán (aproximadamente1,5 km). Consiste de materiales de lecho de río y de terrazas fluviales, compuesto por cantos rodados, limos y arenas. Los cantos rodados subredondeados son de origen volcánico, de diversos tamaños (gravas a bloques). El espesor de la terraza fluvial f luvial es de 8 m aproximadamente (Foto 21).La cantera se explota a tajo abierto y de forma semimecanizada. El material es usado en obras viales cercanas a la cantera. Casi siempre, en la construcción de carreteras, se requiere que el material de relleno sea de canteras cercanas, ya que el flete por el transporte del material, en este tipo de obras debe ser mínimo.

2.5.2. Cantera Río Crucero Crucero Se encuentra en el distrito de Potoni, provincia de Azángaro, a 6 km en línea recta al sureste de Antauta. Sus coordenadas UTM son 8414480N, 364248E. El acceso es mediante el siguiente itinerario: Juliaca-Azángaro (103 km), Azángaro-Antauta (72 km).


Tabla 27 - Relación de canteras de áridos

Foto 21. Cantera de áridos en el lecho del río Ollachea.


Los depósitos fluviales, que se encuentran en las riberas de los ríos y en terrazas recientes, están conformados por material heterogéneo (gravas de diferente composición y diversos tamaños, mezclados con arenas y limos). El depósito se explota de manera informal y artesanal. Debido a que el material es heterogéneo, la clasificación es realizada mediante mallas para seleccionarlos por tamaños. El material es usado en obras viales.

2.5.3. Cantera Pemy GR-I Se encuentra en el distrito de Asillo, provincia de Azángaro, a 34 km en línea recta al noroeste de Azángaro. Sus coordenadas UTM son 8379723N, 352567E. El acceso desde la ciudad de Juliaca es mediante el siguiente itinerario: Juliaca-Azángaro (103 km) y desde Azángaro hasta la cantera (24,8 km). Los depósitos fluviales están compuestos por material heterogéneo (gravas, arenas y limos), que se encuentra en las riberas de los ríos. Este es explotado para su uso en construcción.

2.5.4. Cantera Chimpa Jaran Se encuentra en el distrito de Juliaca, provincia de San Román, a 5 km en línea recta al norte de Juliaca. Sus coordenadas UTM son 8293460N, 377289E. El acceso es mediante carretera asfaltada, por un tramo de 6,5 km siguiendo la ruta hacia Calapuja. El depósito consiste de areniscas rojizas, en estratos medianos, perteneciente a la Formación Calapuja. En el afloramiento, la roca se presenta muy fracturada y moderadamente alterada. Se explota de forma semimecanizada usando una chancadora para la trituración y aplanado del material.El producto final es la piedra aplanada clasificada por tamaños (Foto 22).


Foto 22. Cantera de áridos explotado de forma semimecanizada.

2.5.5. Cantera Pichincha Se encuentra en el distrito y provincia de Lampa, a 3 km en línea recta al sur del poblado de Lampa. Sus coordenadas UTM son 8298380N, 354718E. El acceso desde la ciudad de Juliaca es mediante el siguiente itinerario: Juliaca-Lampa, por 33 km de carretera asfaltada. El depósito consiste de arenas limosas de color marrón amarillento, producto de la meteorización de la roca caja, perteneciente al Grupo Cabanillas, que está compuesto por areniscas y lutitas. En el afloramiento, la roca se presenta muy alterada e intensamente fracturada, además, tiene un espesor aproximado de 3 m. Las rocas del Grupo Cabanillas están siendo explotadas en pequeñas canteras por artesanos informales, que extraen el material de manera informal. Esta actividad es observada a lo largo de la carretera hacia Juliaca.

2.5.6. Cantera Huacochullo Se encuentra en el distrito de Pichacani, provincia de Puno, a 61 km en línea recta al sur de Puno. Sus coordenadas UTM son 8191595N, 364918E. El acceso desde la ciudad de Puno, es mediante la carretera asfaltada siguiendo la ruta hacia Moquegua, en un tramo de 77 km.


Los depósitos aluviales están compuestos por gravas subredondeadas, arenas y limos. El espesor del material es de 3 m aproximadamente. La cantera se explota a tajo abierto y de forma semimecanizada. El material es clasificado y usado como material de ripiado en la construcción de carreteras (Foto 23).

Foto 23. Vista panorámica de la cantera Huacochullo.

2.5.7. Cantera San Pedro 2000 Se encuentra en el distrito y provincia de Puno, a 5 km en línea recta al sur de la ciudad de Puno.Sus coordenadas UTM son 8242320N, 391569E. El acceso desde la ciudad de Puno es mediante la carretera asfaltada, siguiendo la ruta hacia Moquegua por un tramo de 6 km.La cantera se encuentra a 500 m de la carretera. El depósito consiste de conglomerados formados por gravas subredondeadas a subangulosas, englobadas en matriz arenosa. Estratigráficamente, pertenece al Grupo Puno.

2.6.

MERCADO


2.6.1. Oferta potencial 2.6.1.1.

Nacional

De acuerdo a la información básica del INGEMMET y la verificación en el campo, se aprecia que a lo largo y ancho del territorio peruano existen importantes recursos no metálicos denominados áridos (arenas gruesa, arena fina, gravas-arenas o arenas y gravas, gravillas, hormigón, ripios, conglomerados, piedras de construcción, materiales de construcción, etc.), usados en la industria de la construcción.Sin embargo, dicha información no está completa, debido a que falta la verificación de 22 regiones. A la fecha, con la verificación de las regiones de Moquegua, Tacna y –en este caso – Puno, se ha incrementado de 296 ocurrencias y canteras registras en 2007 a 348 después de la verificación, como se puede observar en la Fig.5.

Fuente: Base de datos de rocas y minerales industriales (2010) INGEMMET.

2.6.1.2. Regional De acuerdo con la verificación de campo y la información consultada de la región Puno, se incrementó de 7 canteras registradas hasta el año 2007 a 22 para el año 2009. En la Fig. 6 se aprecia la distribución de las ocurrencias y canteras de áridos en cada una de las 9 provincias; las más representativas son Azángaro, San Román, Carabaya y Puno. Este potencial, sin duda, asegura el abastecimiento en el futuro para las obras de infraestructura y edificaciones que se vienen realizando en cada una de las provincias de la región.


Producción nacional La producción nacional de áridos para la construcción está íntimamente relacionada al desarrollo de la industria de la construcción en general. Estos materiales son indispensables desde las edificaciones de viviendas hasta la infraestructura del país. El valor de los áridos o materiales de construcción es generalmente bajo, mientras que los gastos de transporte son elevados. En muchos casos, su incidencia es relativa en relación a la abundancia de estos materiales y a la cercanía de los consumidores. Por ello, las canteras de dichos recursos son más valiosas cuando más cerca se encuentre a los centros de consumo. En la Tabla 29, se observa que, en la última década, el crecimiento promedio anual de la producción peruana de áridos para la construcción fue de 13%, lo cual está en relación directa con el ritmo de crecimiento de la industria de la construcción, la expansión urbana y el desarrollo de la infraestructura a nivel nacional.

Tabla 28 Canteras y ocurrencias de áridos en la región Puno por provincias y Distritos

Fuente = Información recopilada en campo (año 2009)


Foto 24. Vista panorámica del rio Ollachea.

Foto 25. Cantera artesanal de áridos Hilacoyo 1.


Tabla 29 Producción estimada de áridos para la construcción por sustancias en el Perú (en toneladas métricas)

Fuente: A. Díaz y J. Ramirez (2009), Compendio de rocas y minerales industriales en el Perú e información acopiada en el campo (año 2009).

Producción regional Los áridos para la construcción en la región Puno están siendo explotados en diferentes niveles de producción: mediana minería, pequeña minería y artesanales, tanto formales como informales, con excepción de algunos productores que explotan dicho material para la construcción de la carretera Interoceánica, empleando maquinarias modernas para su explotación. Los demás emplean métodos semimecanizados, manuales o artesanales en sus operaciones. Las canteras que se explotan en esta región se encuentran en áreas próximas a las grandes ciudades y obras de infraestructura, especialmente de desarrollo vial, que son las de mayor consumo de estos recursos (fotos 26 al 29). En la Tabla 30, se puede analizar la tendencia de la producción de áridos en la región Puno durante los últimos 15 años, en los que se ha experimentado un crecimiento promedio anual del 52%, debido en gran parte al crecimiento urbano y poblacional de las ciudades de Juliaca, Puno, Ayaviri, Lampa, Macusani y otras capitales provinciales, así como por el desarrollo y mantenimiento de las obras de infraestructura (caminos, carreteras, represas, canales de irrigación, etc.), edificaciones públicas y privadas, como la carretera Interoceánica, la red de carreteras regionales, vecinales, etc.


Fuente: A. Díaz y J. Ramirez (2009), Compendio de rocas y minerales industriales en el Perú e información acopiada en el campo (año 2009).

Foto 26. Vista panorámica de la cantera de áridos deChejeCheje – Moho.


Foto 27. Cantera de áridos Catacancha-Jaquene –Macusani.

Foto 28. Cantera de áridos rio Cabanillas – Cabanillas – San Román.


Foto 29. Cantera de arcillas y áridos –Juliaca - San Román.

2.7.

PRINCIPALES PRODUCTORES

Tabla 31 Principales productores de áridos

Fuente: Datos tomados en el campo (2009)

2.8.

DEMANDA POTENCIAL


No existe información registrada concerniente al consumo real de estos recursos, por lo consiguiente se analizarán desde el punto de vista del consumo aparente.

2.9.

CONSUMO APARENTE REGIONAL

El consumo aparente de los áridos en ambas regiones es usado al 100% localmente y está en relación directa con el desarrollo y crecimiento de la construcción de sus obras de viviendas e infraestructura. Por tanto, la comercialización de estas materias primas es de carácter interno. En la Fig. 7, se observa la tendencia del consumo en cada una de las provincias de la región. Las de mayor consumo son las provincias de San Román, Azángaro, Sandia y Puno, debido al mayor crecimiento y expansión urbana registrada en los últimos 15 años.

Fuente: Estimado según tendencias del mercado en la última década.

PRINCIPALES USOS


Como se sabe, los áridos (gravas, arena, piedra clasificada, etc.) son abundantes en el planeta Tierra. Estos son de diversos tamaños, desde material muy fino, casi impalpable, de 60 micras de diámetro, hasta los mayores fragmentos, cuya dimensión máxima puede alcanzar varios metros. En Puno, abundan los áridos naturales en depósitos naturales no consolidados. Estos materiales varían para las diversas aplicaciones. López, en su libro Manual de áridos prospección, explotación y aplicaciones , enumera las siguientes aplicaciones: 

Agregados para carreteras



Áridos para hormigones



Áridos para drenaje, filtración y control de erosión



Áridos especiales (ligeros, o sea rocas de pequeña densidad)



Agregados para usos industriales

Se denominan agregados industriales a los productos naturales o artificiales que son objeto de aprovechamiento en la industria. Por lo general, tienen poco valor debido al gran potencial existente y poca preparación de los mismos. 

La piedra para mampostería Procede de canteras; es un material natural que se obtiene directamente y se utiliza sin ninguna transformación. Únicamente es necesario darles forma, en las estructuras de piedra, tanto para los puentes de piedra u otros



Materiales de construcción Está conformado por diferentes tipos de rocas como andesitas, basaltos, dioritas, granodioritas, gabros, sienitas, pórfidos, granitos, gneises, cuarcitas, areniscas cuarcíticas, calizas compactas, dolomitas compactas, piedra laja, sillares, etc.



Industria de tubos y hormigón armado

2.10.

COMERCIO LOCAL

La región de Puno registra diversas formas de abastecimiento en la demanda, es decir, en los pueblos pequeños se extraen directamente estos materiales para construcción de viviendas y obras locales, mientras que en la ciudad se distribuyen a través de transportistas (individuales), que abastecen al consumidor a través de los distribuidores minoritarios, como podemos ver en la Fig. 8, donde se ilustra claramente esta actividad.


2.11. PRECIOS Los precios de los agregados o áridos en esta región son muy diversos, puesto que están en relación a la calidad de las sustancias, la cercanía de las canteras y el área de consumo. En general, el precio de los materiales de construcción se determina por la calidad del producto y la distancia al lugar de consumo. En la Tabla 32, se presentan los precios promedios recopilados en el mercado de la región Puno, que varían según la calidad del material y el uso final del mismo. Además, en la Tabla 33, se muestran los precios referenciales del mercado de Estados Unidos.

Tabla 32 Precio promedio de no metálicos para la construcción en nuevos soles por tonelada

Fuente: Información recopilada en campo (octubre, 2009).

Tabla 33 Precios internacionales de no metálicos para la construcción (volumen en toneladas)

Fuente: Mineral Cmomody Sumaries 1999 - 2010 USGS


III.

CALCULO DE EQUIPOS

CARGUIO Y TRANSPORTE:

CARGADORES FRONTALES: D = 3846 tm/día Trabajo  8 Hs por turno C.F. = (3.5 m3; 4.5 m3) P esponjado  1.7 tm/m3

Producción diaria m3 /Hr 3846 tm/día x

1 í 7 

549.4 tm/Hr

1 

549.4 tm/Hr x 1.7  = 323.2 m3/Hr

Calculo de Nº de cargadores frontales (C.F.) para la operación: P

  . 

=

60       

x DM

Especificaciones: Factor de eficiencia

: 0.73

Factor de llenado

: 0.80

Ciclo por pase de la cuchara

: 0.5 min

Disponibilidad mecánica

: 0.6

323.2

  . 

=

60    0.73  0.8

Cc = 7.68 m3

0.5

x 0.6


Usaremos el de 4.5 m3 

Nº C.F. = 4.5  = 1.7 Nº C.F. = 2.1+ 1 Stanby = 3 (cargadores frontales)

DETERMINANDO EL TRACTOR: Pr = 3846 tm/día x 0.3 = 1153.8 tm/día Pr = 3232 m3/hr x 0.3 = 96.96 m 3/hr = 126.8 yd 3 = 0.6

CALCULO DEL LAMPON: Yd3/hora =

60    0.68   

126.8 yd3/Hora =

60    0.60  0.6 1.1.

(L = 6.5 yd3 (4.9 m3) Tractor H68 serie II (4.9 m 3) (6.5 yd3)

CALCULO DEL RENDIMIENTO DEL TRACTOR: Ch = 4.9 m3/hr Tf = 0.2 = 0.6 Vida = 3 Km/h Tc =? Vregreso = 4.5 km/h Distancia de la cantera = 25 m Tc = Tf + Tv

25  60

25  60

Tc = 3  1000 + 4.5  1000 = 0.5 + 0.33 = 0.83 min Tc = 0.2 + 0.83 = 1.03 min Pt m3/h =

60  4.94    0.6 1.

1.1. min

= 161.24 m3/hr


Empuje mal efectuado: R t = 121.25 m3/hr Rt = 206.13

DETERMINACIÓN DE TRACTORES: Nº TRACTORES =

 ℎ 



 ℎ

 ∈

1153.8 /í

Nº TRACTORES = 8  206.1  0.6 = 1.16 + 1 Nº TRACTORES = 2UNIDAD DETERMINACIÓN DE CAMIONES: Camiones 15 m3 (25.5 tm) P = 3846 tm/día 8 Hr/día = teff = 7.5 hr/día P esponjado = 1.7 tm/m3 CALCULO DEL CICLO DE TRANSPORTE: Tf = Carguío # pases

3 min

Descarga

2 min 5 min

TIEMPO VARIABLE: 70 min Ciclo total = 70 + 5 = 75 min 60 



CICLO x HORA = 70  = 0.857    





RENDIMIENTO = 0.857    x 25.5  = 21.85    512.8

 

# CAMIONES = 21.85 / = 23.5 C # CAMIONES = 24 + 1 Stanby =25 C

IV.

CONCLUSION.


Para obtener hormigones de buena calidad, es indispensable utilizar áridos que sean también de buena calidad, pues el hormigón no es otra cosa que piedra y arena cohesionados por el cemento, que toma la forma de encofrados o moldes diseñados previamente, o dicho en otras palabras, el hormigón es una cadena, y como tal, es tan fuerte como el más débil de sus componentes; por lo tanto fallará si uno solo de sus elementos es de baja calidad o escasa resistencia. De allí la importancia de obtener áridos de óptima calidad, limpios y de alta resistencia, que cumplan con tamaños o granulometrías estipulados en las normas técnicas, permitiendo lograr el mejor hormigón y al costo má s económico. Es indispensable que los áridos están libres de toda impureza, como arcillas, sales, materias orgánicas, etc., puesto que éstos afectan al cemento y disminuyen la resistencia final del conjunto. El proceso industrial de un buen árido debe ser cuidadosamente planificado y hecho bajo normas de control de calidad; se inicia con la selección del material extraído de la cantera, el cual pasa a ser triturado y por medio de zarandeos adecuados se preparan los productos de acuerdo a especificaciones técnicas a cumplir. Nuestra empresa cuenta con instalaciones y equipos industriales únicos en el Ecuador y como pocos en el mundo, que incluso llegan al lavado de arena; dispone de laboratorios propios para el control de la calidad de la materia prima y de los productos en todas sus fases; está en capacidad de producir áridos de cualquier granulometría que requiera el cliente y las entregas son inmediatas

Forma y tamaño La composición, forma y tamaño de los agregados influyen sobre la resistencia y calidad del hormigón. Su influencia viene determinada indirectamente por la cantidad de agua que es necesario añadir a la mezcla para obtener la docilidad y compactación necesaria. Se llama superficie específica del agregado, a la superficie por kilogramo de los agregados. Esta superficie es mayor o menor según el tamaño de los agregados. Cuando los agregados son pequeños su superficie es más elevada que cuando se trata de agregados gruesos. Si se mantiene el valor de la superficie específica del agregado, la cantidad de agua que es necesaria para una docilidad y resistencia determinadas permanece constante, independientemente de la granulometría.

¿Cómo conseguir una granulometría compacta?


Cuanto más pequeño sea el tamaño del agregado tanto mayor será su superficie específica; se debe tender a alcanzar un tamaño máximo de agregado, tan elevado como sea posible, e ir disminuyendo el tamaño, de forma que los huecos comprendidos entre el agregado grueso se vayan llenando con la mínima cantidad de agregado fino. Este proceso no se puede llevar a cabo de una manera rigurosa, ya que un agregado clasificado de esta manera conducirá a una estructura muy poco cohesiva, por lo que un ligero exceso de finos es necesario.

¿Qué características deben reunir los agregados? No deben tener arcillas, limos y materias orgánicas. En general, los agregados de baja densidad son poco resistentes y porosos. La humedad de los agregados tiene gran importancia en la dosificación del hormigón, sobre todo si se dosifica en volumen, ya que existe un esponjamiento del agregado que aumenta su volumen. Este aumento es considerable en las arenas. Al dosificar el agua de amasado hay que tener en cuenta la humedad de los agregados. La arena de mina contiene demasiada arcilla y es necesario lavarla para su empleo en hormigón armado. Las arenas de mar, lavadas con agua dulce, se pueden emplear en hormigón armado.

¿Cómo dosificar los agregados? Hay que separar el agregado grueso en diferentes tamaños, para luego mezclarlo en las proporciones convenientes. El agregado fino se suele combinar segoen los tipos de arena. Una clasificación muy precisa de agregados se debe mirar siempre desde el punto de vista técnico-económico, contrapesando el costo de la clasificación de los agregados frente a la calidad obtenida en el hormigón.

¿Cómo debe ser la forma de los agregados?


Si se emplean agregados gruesos de formas inadecuadas, la cantidad de cemento necesaria para obtener una buena resistencia es elevada. Estas formas inadecuadas son las de tipos lajoso y su proporción en la mezcla se limita por el coeficiente de forma de la grava. Se entiende por coeficiente de forma de un agregado el obtenido a partir de un conjunto de granos, seún la relación entre la suma de sus voloemenes y la suma de los voloemenes de las esferas circunscritas a cada grano. La Instrucción para el proyecto y ejecución de obras de hormigón en masa y armado prescribe que el valor del coeficiente de forma no debe ser inferior a 0,15.

V.

BIBLIOGRAFIA




“Tecnología de los Aparatos de Fragmentación y de clasificación Dimensional”

- E. C. 



Blanc – Colección rocas y minerales – Madrid. “Trituración, Molienda y Separación de Minerales” – Waganoff – Editorial

Alsina. 

“Manual de preparación de Minerales” – Taggart.



“Manual de trituración y cribado” – Metso.



“Ingeniería Química 2: Unidades SI, operaciones básicas, Volumen 1” - J. M.

Coulson, J. 

F. Richardson, J. R. Backhurst, J. H. Harker.



Estudio

ANEXOS


ESTUDIO DE SUELOS, CANTERAS PROSPECCIONES DE SUELOS Y ENSAYOS DESTRUCTIVOS EN EL PAVIMENTO 7.1 ESTUDIO DE SUELOS Con el objeto verificar los espesores de los suelos existentes en los sectores de la Carretera en Estudio se ejecutaron 26 calicatas exploratorias de 1.2 m. de profundidad sobre la plataforma existente. Así mismo en los puntos de máxima deflexión se efectuaron 16 calicatas de verificación. En cada una de estas calicatas de deflexiones altas se determinó el espesor de las diferentes capas del pavimento y suelo de fundación para su clasificación y verificación de calidad trasladándose a nuestro laboratorio instalado en la Provincia de Puno, donde se practicaron los ensayos de granulometría y determinación de constantes físicas para los fines de clasificación por el sistema AASHTO y SUCS. Sobre muestras típicas de los diferentes tipos de suelos se ejecutaron ensayos de proctor y C.B.R. (norma ASTM D 1883), a los efectos de determinar la capacidad portante de los mismos. También se tomaron muestras de la capa de rodadura mezclada con 15 cm de espesor de base existente de cada una de las calicatas para obtener una muestra representativa del tramo. las cuales fueron enviadas a Lima para realizarle ensayos de reciclado asfáltico. Los resultados obtenidos en estos ensayos se han consignado en los CUADROS RESUMEN DE ENSAYOS DE LABORATORIO que se muestra en el cuadro adjunto; los formatos de los ensayos se presentan en los anexos denominado Ensayos de plataforma.

7.1.2

ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO EXISTENTE

Se ha verificado que en el tramo la superficie de rodadura es: carpeta asfáltica en frío, TSB, mortero asfáltico y carpeta asfáltica de un espesor variable de 2 a 15 cm. A continuación se indica los tramos con distintas capas de rodadura.

Progresiva

Tipo de Capa de Rodadura

Variación de Espesor

Espesor promedio (cm)

Km. inicio

Km. fin

(cm)

1363+000

1365+400

Carpeta asfáltica en frío

2.5 - 8.0

5.3

1365+400

1369+000

TSB

2.5

2.5

1369+000

1376+000


2.5 - 3.0

2.7

1376+000

1381+750

Mortero asfáltico

4.0 - 15.0

7.5

1381+750

1382+800


2.0

2.0

1382+800

1387+000

Mortero asfáltico

4.0

4.0

1387+000

1391+250

Carpeta asfáltica

5.0

5.0


1391+250

1411+000

Mortero asfáltico

2.5 - 5.0

3.7

1411+000

1413+000


2.0 - 3.0

2.5

Luego de la evaluación del pavimento se ha sectorizado la carretera en sectores homogéneos como se indica en el cuadro S-01. y donde se presentan los espesores promedios de cada capa del pavimento.

Cuadro S-01 Espesores promedios del pavimento existente (cm.)

Capa de rodadura

M1

M2

Total Pav.

Sección 1

5.3

42.0

0.0

47.3

Sección 2

2.5

40.5

0.0

43.0

Sección 3

5.2

28.1

20.6

54.0

Sección 4

5.0

38.3

37.7

81.0

Sección 5

3.8

30.8

21.3

55.8

Sección 6

3.0

34.9

11.3

49.5

Promedio

4.2

35.77

15.15

55.1

La capa superior M1 corresponde a la capa de base existente constituida por un material granular tipo afirmado, clasificado como: A-2-4 Y A-2-6, con plasticidad de que varía de 7.20 a 16.30 como máximo, sub redondeada, aunque su compactación varía por lo general entre 93% - 97% de la máxima densidad; cuyo comportamiento se considera aceptable pues no presenta deformaciones considerables. De los resultados encontrados a nivel de capa superior, se han extraído un resumen de resultados y se indican en el cuadro S-02

Cuadro S-02


Resultados de Ensayos de Laboratorio de la Capa Superior (Base Existente)

Humedad % pasa

CBR

MDS

OCH

% de

Natural

200

100 (%)

gr/cm3

%

Comp.

Promedio

3.94

15.21

72.15

2.10

7.14

95.50

Máximo

9.80

18.00

96.40

2.12

9.30

97.00

Mínimo

2.12

12.80

60.00

2.06

5.60

93.00

Del análisis de los resultados observados en el cuadro S-02, podemos observar que en general las muestras de capa superior están por debajo de la humedad optima lo que se refleja en el porcentaje de compactación, siendo este en promedio alrededor del 95.50 % de la máxima densidad seca, la misma que se encuentra en promedio alrededor de 2.10 gr/cm3, con una humedad optima promedio de 7.14 %. Asimismo podemos observar que en la totalidad de calicatas el material es de tipo afirmado, no corresponde a material de base. Los valores de CBR al 100% de la máxima densidad seca se encuentran en promedio 72.15% con valores mínimos registrados de 60.00%. El material de la segunda capa de sub base existente, su clasificación varia de A-1-a, A-24, A-2-6 y A-4, su plasticidad varia de 5.00 a un máximo de 15.70, su compactación alterna entre valores desde 91% al 96% de la máxima densidad. Los resultados encontrados a nivel de capa intermedia (sub base), se incluyen en el resumen de laboratorio y se indican en el cuadro S-03

Cuadro S-03 Resultados de Ensayos de Laboratorio de la Capa Intermedia

Humedad % pasa

CBR

MDS

OCH

% de

Natural

200

100 (%)

gr/cm3

%

Comp.

Promedio

7.16

24.11

50.74

2.03

9.42

93.25

Máximo

15.91

39.60

92.90

2.15

15.70

96.0

Mínimo

4.29

10.00

20.00

1.71

6.30

91.0

Del análisis de los resultados observados en el cuadro S-03, podemos observar que en general las muestras de Sub-base están por debajo de la humedad optima lo que se refleja en el porcentaje de compactación, siendo este en promedio alrededor del 93.25% de la máxima densidad seca, la misma que se encuentra en promedio alrededor de 2.03 gr/cm3, con una humedad optima promedio de 9.42 %.


Los valores de CBR al 100% de la máxima densidad seca se encuentran en promedio por el orden del 50.74 % con valores mínimos registrados de 20.00 %, encontrándose igualmente cerca de los límites tolerables. El material al nivel de la capa subyacente a la capa intermedia ó sub base exi stente es del tipo granular cuya clasificación es de A-4, A-5, su plasticidad varia de 4.20 a un máximo 10.70, su compactación alterna entre valores desde 82% al 87% de la máxima densidad. Los resultados encontrados a nivel de capa interna, se incluyen en un resumen de resultados y se indican en el cuadro S-04

Humedad % pasa

Cuadro S-04 CBR MDS

OCH

% de

Natural

200

100 (%)

gr/cm3

%

Comp.

Promedio

12.13

59.45

21.53

1.58

18.60

84.75

Máximo

12.77

67.70

45.70

2.06

22.50

87.00

Mínimo

10.61

40.50

12.6

1.42

8.33

82.00

Del análisis de los resultados observados en el cuadro S-04, podemos observar que en general las muestras de Capa subyacente están por debajo de la humedad optima lo que se refleja en el porcentaje de compactación, siendo este en promedio alrededor del 84.75 % de la máxima densidad seca, la misma que se encuentra en promedio alrededor de 1.58 gr/cm 3, con una humedad optima promedio de 18.60 %. Asimismo podemos observar que los porcentajes del material que pasa la malla # 200, en promedio es de 59.45 %, que indica presencia de materiales mas finos en la capa inferior. Los valores de CBR al 100% de la máxima densidad seca se encuentran en promedio por el orden de 21.53 %, lo cual indican que la capa inferior de apoyo es de buena capacidad soporte. Estos suelos en general se encuentran consolidados y compactos por el tráfico. No se ubicó napa freática en las perforaciones realizadas.

7.1.3

Trabajos de Campo

Se realizaron prospecciones para la verificación de los espesores de las capas del pavimento y clasificación visual de los suelos que lo conforman, con una frecuencia de una cada dos (2) Km. en forma alternada en lado derecho e izquierdo de la pista, y una profundidad de 1.2 m. Asimismo, se realizaron calicatas de 1.50 m en puntos donde se detectaron deflexiones altas para la verificación de los espesores de las capas del pavimento, la clasificación de los suelos que lo conforman, proctor y CBR. En un total de 16 calicatas adicionales en las siguientes progresivas:


Calicata Nº

Progresiva

Lado de la Pista

CDA-01

Km.1364+400

derecho

CDA-02

Km. 1365+400

derecho

CDA-03

Km. 1374+800

izquierdo

CDA-04

Km. 1377+300

derecho

CDA-05

Km. 1380+900

derecho

CDA-06

Km. 1381+300

derecho

CDA-07

Km. 1381+750

izquierdo

CDA-08

Km. 1382+000

derecho

CDA-09

Km. 1382+800

derecho

CDA-10

Km. 1383+400

derecho

CDA-11

Km. 1386+300

derecho

CDA-12

Km. 1392+500

derecho

CDA-13

Km. 1407+500

derecho

CDA-14

Km. 1408+300

derecho

CDA-15

Km. 1410+700

derecho

CDA-16

Km. 1412+450

izquierdo

En las cuales se efectuaron ensayos de caracterización física de los materiales: de las distintas capas de los pavimentos encontrados. A continuación se adjunta los reportes de perforaciones en plataforma.

7.1.4 Trabajos de Gabinete Se analizaron los resultados de laboratorio y fueron contrastados con los resultados de las evaluaciones deflectométricas así como, como las condiciones de funcionalidad y seguridad, a fin de sectorizar en sectores homogéneos los tramos a analizar y dar solución para la vida útil del pavimento. A continuación se adjunta el resumen de ensayos en plataforma.


7.2

CANTERAS 7.2.1 Ubicación y Descripción del Área del Trabajo Las canteras, fuentes de agua y depósitos de materiales excedentes se encuentran ubicadas dentro del ámbito del proyecto, el cual está ubicado en el departamento de Puno, provincias de Puno, del Collao, y Chucuito. El área de trabajo comprende una zona con altitudes que varían entre los 3,847.5 y 3,812.5 m.s.n.m.

7.2.2 Alcance del Trabajo El alcance del trabajo de verificación de canteras consistió en la ubicación, delimitación, definición de caminos de acceso y evaluación del rendimiento de material. Asimismo se verificó, mediante análisis efectuados a las muestras las propiedades y calidad de los materiales utilizados. En cuanto a las fuentes de agua se procedió a la ubicación, delimitación, definición de caminos de acceso y evaluación de su disponibilidad. Se verificó igualmente, mediante análisis efectuados a las muestras, las propiedades y calidad de los recursos hídricos.

7.3

ANTECEDENTES

.3.1

RECOPILACION De la información recopilada de los estudios e informes existentes de la carretera Puno – Desaguadero realizada por el Ministerio de Transportes y comunicaciones Provias Nacional Zona XIV puno, se tiene las siguientes canteras, comprendidas en la zona del proyecto materia del presente estudio:

1

Cantera

:

Santa Maria

Ubicación

:

Km 3+000 del tramo

Lado

:

Derecho.

Acceso

:

2000 m.

Descripción

:

Suelo de origen Fluvial- glacial. Superficialmente tiene un estrato de arena arcillosa. SUCS: SW y ASSHTO: A-1-a(0)

Usos

:

Chancado para Base y Sub Base, Concretos y Asfaltos.

Potencia

:

100,000 m3.

Eficiencia

:

70% par concretos y 30% para Asfaltos.

Tratamientos

:

limpieza de cobertura superficial 060 m, zarandeo y selección


Disponibilidad

:

propiedad privada, pertenece a la comunidad

Periodo de Explotación

2

:

Todo el año

:

Jussapujo

Ubicación

:

Km 03+230 del tramo

Lado

:

Izquierdo

Acceso

:

100 m.

Descripción

:

Suelo de origen Fluvial.

Cantera

Superficialmente tiene un estrato de arena Arcillosa con cobertura vegetal, SUCS: SM y ASSHTO: A-1-b(0) Usos

:

Para relleno con 70% de la cantera de Santa María.

Potencia

:

10,000 m3.

Eficiencia

:

35%.

Tratamientos

:

limpieza de cobertura superficial 060 m, Zarandeo.

Disponibilidad

:

propiedad de la comunidad

:

Todo el año



3

Cantera

:

Checa

Ubicación

:

Km 10+000 del tramo

Lado

:

Derecho

Acceso

:

100 m.

Descripción

:

Arena gravosa pobremente graduada con gravas subredondeadas y redondeadas. SUCS: SM - SC y ASSHTO: A-2-4(0)

Usos

:

Para relleno y mampostería

Potencia

:

15,000 m3.

Eficiencia

:

70%.

Tratamientos

:

limpieza de cobertura superficial 0.50 m, Zarandeo y selección.

Disponibilidad

:

propiedad privada

:

Todo el año


Relacion de canteras en los anexos del estudio.    

7.3.2

Cantera Cantera Cantera Cantera

: : : :

Cutimbo Azirumi Jallihuaya Río Ilave

ANALISIS Haciendo un análisis de las canteras existentes las canteras Santa María y Checa se utilizaron en la conservación del tramo adyacente de la carretera y la cantera Jussapujo en la construcción de viviendas.

7.3.3

CONCLUSIONES De la información recopilada se puede concluir: 1 2

Las canteras solo han sido utilizadas en conservación del tramo adyacente de la pista. Las canteras sirven como relleno con excepción de la cantera de Santa María son canteras de cerro.


7.4

ESTUDIO DE CANTERAS DE VERIFICACIÓN El estudio de canteras se ha realizado con la finalidad de verificar las fuentes de material en la zona que serán empleadas para las actividades de mantenimiento del pavimento y obras de arte. Se busca obtener información mediante un muestreo, sobre la calidad y cantidad de material en las canteras seleccionadas así como identificar sus usos y tratamientos. Conocer si cumplirá con las condiciones de las especificaciones del material que se busca, asimismo se deberá conocer la suficiente potencia y rendimiento del mismo, el estado de los accesos y su situación legal. Para el tramo Puno – Ilave del presente estudio se definió un total de 5 canteras que se puedan utilizar como materiales de construcción, a las cuales se realizó los estudios de verificación. Las canteras escogidas son: 

Cantera Totorani Km 20+700 de la Ilave.



Cantera Ilave (Balsave) Km 1314+700



Cantera Pichacari Km 24+000 de Puno.



Cantera Río Cutimbo Km 23+500 de Puno.



Cantera Laraqueri Km 39+300 de Puno.

7.4.1 Ubicación de Canteras y Características Principales. a. CANTERA TOTORANI



   

Ubicación

:

Potencia Rendimiento Tipo de material Descripción

: : : :

Km. 22+700 de la ciudad de Ilave. Lado derecho, longitud del acceso: 750 m. 60,000.00 m3 95% Material de río. Capa de suelo compuesta de grava con matriz de arena de color marrón claro, poco húmedo, no plástico, semi compacto, las gravas tienen formas redondeadas y sub redondeadas, de tamaño máximo 6”



  

  

Usos

Carpeta asfáltica, base granular, sub-base granular, cemento Pórtland, relleno. Propietario : Comunidad de Totorani Disponibilidad : en coordinación con el propietario. Condición para su utilización: Apoyo con materiales (1,500 bols. de cemento y 3,020 ml de tuberia PBC), personal obrero de la comunidad Periodo de explotación: Época de estiaje (abril – octubre). En el área de explotación no existe cobertura vegetal. Tiene un área de 36,242.888 m2, se realizaron 10 perforaciones de verificación (calicatas)

Calidad de

Ensayo

:

Grueso

Fino


materiales

Límite liquido

NP

Índice plástico

NP

Clasificación AASHTO

A-1-a

Clasificación SUCS

GW

Pasante No 200

0.40 %

Humedad natural

2.95 %

Módulo de fineza

7.10

Equivalente arena

80.30%

Abrasión %

20.65 %

Partículas chatas alargadas

14.60 %

Caras de fractura

13.90 %

Durabilidad

5.38 %

Máxima densidad

2.13

Humedad Optima

7.40

CBR 100%

97.10

CBR 95%

69.30

Sales Solubles Totales (mg/Kg)

420.00

Impuresas orgánicas

aceptable

6.30%

b. CANTERA RÍO ILAVE (Balsave)     

Ubicación : Km. 1314+700, lado Izquierdo. Long. del acceso 2Km Potencia : 47,000.00 m3 Rendimiento : 95% Tipo de material : Material de rio (arena). Descripción: Estrato de suelo compuesto de arena y gravas pequeñas, color marrón, no plástica, medio húmedo, blando, las gravas son de formas sub redondeadas de tamaño maximo 2 ½”, y un tamaño en promedio de ½”, se

     

aprecia mayor contenido de arena. Usos : Cemento Pórtland, Slurry Seal Propietario : ILave Disponibilidad : en coordinación con el propietario. Periodo de explotación: Época de estiaje (abril – octubre). En el área de explotación no existe cobertura vegetal. Tiene un área de 24,867.084 m2,se realizaron 8 perforaciones de verificación (calicatas)

Calidad de

Ensayo

Grueso

Fino


materiales

Límite liquido

NP

Índice plástico

NP


A-1-a

Clasificación SUCS

SW

Pasante No 200

1.10 %

Humedad natural

3.20 %

Módulo de fineza

5.24

Equivalente arena

72.70%

Abrasión %

18.31 %


11.40 %

Caras de fractura

11.60 %

Durabilidad

6.76%


390.00


aceptable

c. CANTERA PICHACANI.



   

Ubicación Potencia Rendimiento Tipo de material Descripción

:

Km. 24+000 de la ciudad de puno, lado derecho. Longitud del acceso 12 Km : 49,000.00 m3 : 90% : Material de río. : Estrato de suelo compuesto de grava gruesa y bolonerias con matriz arenosa color marrón claro, medio húmedo, no plástico, semi compacto, las gravas tienen formas redondeadas y sub redondeadas de tamaño máximo de 10”.





   

Usos

:

Carpeta asfáltica, base granular, sub-base granular, cemento Pórtland, relleno. Propietario : Sr Alejandro Ramos Rodriguez. Disponibilidad : en coordinación con el propietario. Periodo de explotación: Época de estiaje (abril – octubre). En el área de explotación no existe cobertura vegetal. Tiene un área de 32,568.579 m2,se realizaron 10 perforaciones de verificación (calicatas)


Ensayo Límite liquido

Grueso NP

Índice plástico

NP


A-1-a

Clasificación SUCS

GP

Pasante No 200

0.80 %

Humedad natural

3.50 %

Módulo de fineza

7.23

Equivalente arena

Calidad de materiales

70.10%

Abrasión %

22.03 %


15.80 %

Caras de fractura

14.40 %

Durabilidad

4.55 %

Máxima densidad

2.10

Humedad Optima

7.90

CBR 100%

92.90

CBR 95%

73.50


504.00


aceptable

d. CANTERA RÍO CUTIMBO

Fino

6.02%




   

Ubicación

:


: : : :

Km. 23+500 de la Ciudad de Puno lado Derecho. Longitud del acceso: 400 m. 95,000 m3 90% Material de río. Estrato de suelo compuesto de grava con matriz de arena limosa color plomo, no plástico, muy húmedo, blando, las gravas son de formas redondeadas y subredondeadas de tamaño máximo 3 ½”.



    

Usos

:

Carpeta asfáltica, base granular, granular, cemento Pórtland, relleno.

sub-base

Propietario : Disponibilidad : en coordinación con el propietario. Periodo de explotación: Época de estiaje (abril – octubre). En el área de explotación no existe cobertura vegetal. Tiene un área de 28,119.776 m2,se realizaron 9 perforaciones de verificación (calicatas)


Grueso NP

Índice plástico

NP


A-1-a

Clasificación SUCS

GW

Pasante No 200

1.30 %

Humedad natural

2.90 %

Módulo de fineza

6.35

Equivalente arena


Fino

71.30 %

Abrasión %

21.07 %


15.30 %

Caras de fractura

11.10 %

Durabilidad

5.40 %

Máxima densidad

2.15

Humedad Optima

5.90

CBR 100%

98.60

CBR 95%

62.50


564.00

6.41%



aceptable

e. CANTERA LARAQUERI Ubicación

: : : :






Usos

:



  

:

Km. 39+300 de la ciudad de Puno lado Derecho. Longitud del acceso: 720 m. 56,000 m3 90% Material de río. Estrato de suelo compuesta de grava con matriz arenosa de color marrón oscuro, medio húmedo, no plástico, semi compacto, las gravas son de formas sub redondeadas, de tamaño máximo 12”.

    

Carpeta asfáltica, base granular, sub-base granular, cemento Pórtland, relleno. Propietario : Comunidad de Laraqueri. Disponibilidad : en coordinación con el propietario. Periodo de explotación: Época de estiaje (abril – octubre). En el área de explotación no existe cobertura vegetal. Tiene un área de 32,563.439 m2,se realizaron 10 perforaciones de verificación (calicatas)



Grueso NP

Índice plástico

NP


A-1-a

Clasificación SUCS

GP

Pasante No 200

1.10 %

Humedad natural

3.75 %

Módulo de fineza

6.16

Equivalente arena

Fino

76.70%

Abrasión %

27.98 %


15.00 %

Caras de fractura

6.70 %

Durabilidad

5.15 %

Máxima densidad

2.16

Humedad Optima

6.40

6.69%


7.4.2

CBR 100%

98.30

CBR 95%

69.30


486.00


aceptable

Trabajo de Campo Comprendió la ubicación de los depósitos de materiales inertes más importantes en el área de influencia de la carretera actual; esto se realizó investigando las canteras utilizadas en proyectos anteriores ejecutados en la zona y aquellos utilizados por el MTC para la construcción y rehabilitación de la carretera. Ubicados los depósitos se procedió a su investigación geotécnica mediante la ejecución de pozos exploratorios hasta una profundidad de 1.50 m bajo el nivel de terreno natural en donde fue requerido. Se realizó la descripción de la calicata y se obtuvieron muestras representativas del material, anotándose el espesor de las capas. Las muestras representativas fueron remitidas al laboratorio del consorcio ubicado en la ciudad de Puno, cuyos resultados se presentan en el resumen adjunto asimismo en el volumen de anexos (anexo 5). Se prepararon reportes de perforación de canteras para cada una de ellas en las que se señalan las características físicas del depósito y del material. Adicionalmente se determinaron las distancias de transporte, las condiciones de los caminos de acceso desde la carretera en estudio hasta el centro de gravedad de la cantera y desde este punto hasta una zona de tratamiento de los agregados y/o planta de asfalto. A continuación se adjunta los reportes de perforaciones en cantera.

7.4.3 Trabajo de Gabinete Las muestras representativas de las canteras fueron remitidas al laboratorio de l consorcio ubicado en la Ciudad de Puno, en donde se realizaron los ensayos de rutina, como son: 1 Análisis granulométrico por tamizado 2 Límites líquido, plástico e índice de plasticidad 3 Contenido natural de humedad 4 Equivalente de arena 5 Compactación Proctor modificado 6 Relación soporte California (C.B.R.) 7 Abrasión en la máquina los ángeles 8 Porcentaje de particulas planas y alargadas. 9 Porcentajes de caras fracturadas 10 Módulo de fineza. Parte de estas muestras se enviaron a lima para realizarle los Siguientes ensayos en los Laboratorios de la UNI y Estudios Especiales del MTC. 11 12 13 14

Durabilidad Ensayos de Riedel Weber Ensayo de Adherencia Sales Solubles totales


15 Impurezas orgánica En base a la información de los espesores de las capas utilizables de los reportes de calicatas y al área disponible de la cantera se calculó el volumen bruto de material. Asimismo teniendo en consideración la información de los tamaños máximos y proporción de material para chancar se determinó el rendimiento de cada cantera. Disponiéndose de la información técnica requerida de los trabajos de campo y laboratorio se seleccionaron las canteras a utilizarse. Estas canteras ya han sido utilizadas en labores de pavimentación y mantenimiento de la vía en anteriores oportunidades con buenos resultados por lo que los ensayos efectuados tienen características de verificación. Habiendo analizado los antecedentes constructivos y los resultados de laboratorio, se ha seleccionado a la cantera Ilave para la producción de agregado fino para el la producción de Slurry Seals mantenimiento de la carretera. A continuación adjuntamos las fichas de cada cantera así como el resumen de ensayos.


FICHA DE CANTERA Cantera

: Cantera Totorani

Ubicación

: Km. 20+700 de la Carretera Ilave – totorani, al lado derecho de la vía.

Acceso

: 750 m.

Tipo de Material

: de río

Área Explotable

: 43,301.865 m2

Vol. Bruto Explotable : 64,952.798 m3 Potencial Neto

: 60,000 m3

Rendimientos Est.

: 95 %.

Periodo de Explotación: Época de Estiaje. Utilización

: Carpeta asfáltica, base granular, sub-base granular, cemento Pórtland, relleno.

Proyecto

: Estudio Definitivo de Mantenimiento Periódico de la Carretera Puno Desaguadero Tramo Puno - Ilave

Consultor

: CONSORCIO San Juan

Nota

: Se acompaña plano topográfico



: Cantera Ilave (Balsave)

Ubicación

: Km. 1314+700 de , al lado Izquierdo de la vía.

Acceso

: 2,000 m.

Tipo de Material

: de río.

Área Explotable

: 33,117.170 m2


: 47,000 m3

Rendimientos Est.

: 95 %

Periodo de Explotación: Época de Estiaje. Utilización Proyecto

: Cemento Pórtland, Slurry Seal. : Estudio Definitivo de Mantenimiento Periódico de la Carretera Puno Desaguadero Tramo Puno - Ilave

Consultor


Nota




: Cantera Pichacani

Ubicación

: Km. 24+000 de la Ciudad de Puno, al lado Derecho de la vía.

Acceso

: 12 Km. acondicionar acceso

Tipo de Material

: de río.

Área Explotable

: 36,505.542 m2


: 49,000 m3

Rendimientos Est.

: 90 %

Periodo de Explotación: Todo el año. Utilización


Proyecto


Consultor


Nota




: Cantera Cutimbo

Ubicación

: Km. 23+000 de la Ciudad Puno, al lado derecho de la vía.

Acceso

: 400 m.

Tipo de Material

: de río.

Área Explotable

: 70,869.649 m2

Vol. Bruto Explotable : 106,304.474 m 3 Potencial Neto

: 95,000 m 3

Rendimientos Est.

: 90 %

Periodo de Explotación: Época de Estiaje. Utilización


Proyecto


Consultor


Nota


Diseño de canteras de explotación de agregados calcáreos_

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