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, estabil iliizaciones, capa de subbase y bases o como agregado para la elaboración de conc co ncrret etos os de cem emen ento to po porrtl tlan and d y as asfa falt ltic ico. o.
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.
Requerimient Requerimientos os Granulométrico Granulométricoss para Sub-Base Granular Granular Tamiz 50 mm (2”) 25 mm (1”)
Porcentaje que Pasa en Peso Gradación A (1) Gradación BGr BGradación CGra CGradación 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 cur va 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 339.134,NTP 339.135) 339.135) Clasificación SUCS, AASHTO (NTP 339.134,NTP Contenido de humedad (NTP 339.127) 339.141) 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 (AASHTO T 182) Sulfatos expresados como ión SO4 = (NTP 339.074) Cloruros expres expresados ados como como ión Cl - (NTP 339.076) 339.076) Materia orgánica en agua, expresado como oxígeno (NTP 339.072) Humedad Humedad en mezclas mezclas de concreto concreto asfálti asfáltico co – Lottman Lottman (ASTM D-4867) D-4867)
Requerimientos de Ensayos Especiales para Sub-Base Granular Requerimiento Ensayo
Norma MTC Norma ASTM
Norma AASHTO
< 3000 msnm
> 3000 3000 msnm
Abrasión CBR (1)
MTC E 207 MTC E 132
C 131 D 1883
T 96 T 193
50 % máx 40 % mín
50 % máx 40 % mín
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
1% máx.
1% máx.
20% máx
20% máx
Sales Solubles Partículas Chatas y Al Alargadas (2)
MTC E 219 MTC E 211
D 4791
b) Por potencia y rendimiento. 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 Potencia Aprovechab Aprovechable le: 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 superfi rficial org.) Over en cantera ( >3”) Esponjamiento
35,000 m2 1.50 m 0.15 m 25% 5%
: 52,500 m3 (100%) Potencia bruta: 1.5mx35,000m2 Potencia neta en banco: ( desbroce=0.15 mx35,000m2=5,250m3 Pot. Br ut. – 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, pued pueden en ser ser en much muchos os caso casoss defi defini nito tori rias as al ocas ocasio iona narr gast gastos os 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 servid servidum umbr bre, e, conc conces esio ione ness etc. 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 C-2/M1
C-3/ -3/M1
C-4/M1
C-5 C-5/M1
C/6/ /6/M1
C-7/M1
Progresiva
0+000
6+000
12+000 14+ 14+650 18+ 18+000 24+ 24+000 28+ 28+000
Profundidad
0– 1.50
0– 1.50
0– 1.50
0– 1.50
0– 1.50
0– 1.50
0– 1.50 .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
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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 transpo transporr te. Carguío 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 planta portátil portátil es es usada en la constr construc ucció ciónn de camino caminoss ubicad ubicados os en zonas altas o en trabajos públicos públicos de pequeño y mediano tamaño. Las plantas plantas estacio estacionari narias as, por otro tro lado, son más adecuadas para gran grande dess es esca cala lass de prod produc ucci ción ón y está es tánn ubic bicadas adas en fun función ción a los los centros de abastecimiento.
CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN.
Planta Portátil: Por tátil:
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 .
02.0 02.022 .01 .01 ) PROCESO DE TRIT RITURA URACIÓN IÓN La operación de trituración, es la primera etapa mecánica de la conminución. Por lo general se realiza en seco y en etapas sucesivas.
a) TRITURADOR TRITURADORAS AS PRIMARIAS: PRIMARIAS: Fragmenta Fragmentann trozos grandes hasta un producto de 6” a 4”. Se tienen dos tipos de maquinas:
Trituradoras de Mandíbulas
Trituradoras rituradora s Giratorias Giratoria s.
b) TRITURADORAS SECUNDARIAS: Fragmentan el producto de la trituración primaria hasta tamaños de 4” a 1/2”, entre estas maquinas tenemos.
Trituradoras rituradora s Giratorias Giratoria s
Trituradoras rituradora s Cónicas.
c) TRITU TRITURA RADO DORA RAS S TE TERC RCIA IARI RIAS AS:: Frag Fragme ment ntan an el produ product ctoo de la trituración secundaria hasta tamaños de 1/2” o 3/8”, entre estas maquinas tenemos.
Trituradoras rituradora s Cónicas
Trituradoras rituradora s de Rodillos.
a.I) TRITURADOR TRITURADOR DE MANDIBULAS MANDIBULAS (CHANCADORAS) Esen Esenci cial alme ment ntee cons consta tann de dos dos placas de hierro instaladas de tal manera que una de ellas se mantiene fija y la otra tiene un movimiento de vaivén de acerc acercami amient entoo y alejam alejamien iento to a la placa fija, durante el cual se logra fragmentar el material que entra al espa es paci cioo comp comprrendi endido do entr entree las las dos placas (cámara de trituración).
a.I) TRITURADOR TRITURADOR DE MANDIBULAS MANDIBULAS (CHANCADORAS) El nomb nombrre de es esta tass trit tritur urad ador oras as viene del hecho de que la ubicación y el movimiento de las placas se asemejan a las mandíbulas de de un animal, por eso, la placa fija suele llamarse mand mandíb íbul ulaa fija fija y la otra otra plac placa, a, 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 impo mportan rtantes de un triturador dor tipo Blake de doble efecto (double toggle). El movi movimi mien ento to de vaiv vaivén én de la mand mandíb íbul ulaa móvi móvill es acci accion onad adoo p or el movi movimi mien ento to ver ver tica ticall (asce (ascend nden ente te y desc descen ende dent nte) e) 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 rios riostr traa tras traser eraa articu articula lada da a un punt puntoo de apoyo ubicado en la parte trasera de la maquina y la riostra delantera articulada a la p arte inferior de la mandíbula móvil
Las mandíbulas eesstán cubierta rtas por soleras de acero al mang mangaaneso neso y suje sujeta tass a las las mand mandíb íbul ulas as medi median ante te per pernos nos la superficie de las soleras pueden ser lisas, corrugadas o acanaladas
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 aproximadam damente nte, 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, 9:1, la potenc potencia ia consum consumida ida puede puede variar variar hasta hasta 400 HP, para el caso de las maquinas grandes.
A.II) TRITURADORAS TRITURADORAS GIRATORIAS GIRATORIAS Con Consist sisten en en un eje eje vert vertic ical al lar largo arti articu cula lado do por por la part partee supe superi rior or a un punto (spider) (spider) y por la parte inferior 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 conj conjun unto to,, eje eje y cono cono trit tritur urad ador or se hall hallaa suspe suspend ndid idoo del del spid spider er y pued puedee gira girarr libr librem emen ente te (85 (85 – 15 1500 rpm) rpm),, de manera que en su movimiento rotatorio va apri aprisi sion onad adoo a las las part partíc ícul ulas as que que entr ntran a la cámara de trit ritura uración (espa (espaci cioo comp comprrendid endidoo entr entre el cono cono triturador y el cóncavo) fragmentándolas continuamente por compresión.
La Fig. 5 muestra esquemáticamente los tipos de trituradoras giratorias, y un corte rte de una de éstas maquinas se muestra en la Fig. 6 El tamaño de este equipo se designa por la dimensión de la aber tu tura de alimentación (feed openning-gape) y el diámetro de la parte rte inferior del cono (head (head diamet diameter) er)
b.II) TRITURADORAS CÓNICAS. Es una trit trituurad radora ora gira iratori toriaa modif odific icaada. da. La dife difere renncia cia principal es que el eje y cono triturador no está suspe uspenndida dida del del spide piderr sino ino que que esta esta sopo oportada rtada por un descanso universal ubicado por debajo, t al como puede observa rvarse en la Fig. 8. Además, como ya no es necesario una gran abertu rtura de alimentación el cono exterior y a no es abierto en la parte superior El tipo de trituradora cónica mas utilizada es la Symon ymonss, la cua cual se fabr fabric icaa en dos dos form formas as:: a.T a.Tritu ritura rado dora ra cóni cónica ca Symo rmalmente ymons Stan Standa dard rd, norma util utiliz izad adaa en la trit tritur urac ació iónn secu secund ndar aria ia.. b.T b.Tritur ituraadora dora cón cónica ica Sym Symons de cabe cabezza corta corta,, utili ilizada zada en la trit tritur urac ació iónn fina fina o terc tercia iari ria. a.
C.II) TRITURADORA DE RODILLOS Esta Estass trit tritur urad ador oras as sigu siguen en sien siendo do utilizadas en algunas plantas, aunque en otras han sido reemp eempla laza zada dass por por las las cóni cónica cas. s. El modo de operación es muy simple. Consiste en dos rodillos horizontales los los cuale ales gira girann en dir direccion ciones es opuestas. El eje de una de ellas esta sujeta a un sistema de resortes que permite la ampl amplia iaci ción ón de la apert pertuura de des descarga arga en cas asoo de ingr ingres esoo de partículas duras
02.02 .02 ELEMENTOS TRANSPORTADORES DE ÁRIDOS Cumple Cumple la funció funciónn especí específic ficaa de tra traslad sladar ar los mat materia eriales les entre dos puntos de cota distinta. genera ral,l, los los elem elemen ento toss tran transp sporta ortado dore ress no tien tienen en En gene mayor alcance que el necesario para comunicar las partes fund fundam amen enta tale less de una una inst instal alac ació iónn de ma mach chaq aque ueo, o, que 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 TRANSPORTAD TRANSPORTADORAS ORAS
El transporte transporte por cintas, cintas, en la mayor parte de los casos, 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 inst instal alac acio ione ness norm normal ales es de obra obrass públ públic icas as ra rara ra vez 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 Estructura de soporte soporte de de la cinta. cinta.
Cilindr Cilindroo motor, motor, generalmente generalmente colocado colocado en la parte superior 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 Rodillos superiores superiores e retorno retorno de la banda.
Rodillos Rodillos inferiores.
Banda material material plástico plástico con con anchos anchos que que oscilan oscilan entre entre 40 y 100cm.
Las cintas pueden ser horizontale Las horizontaless o inclinadas, inclinadas, también también es normal que se dispongan bandas o cintas de arrastre con taco tacoss o rugo rugosi sida dade dess para para evi evitar tar el des desliza izamien mientto del del material.
Respe Respecto cto a las cabezas cabezas motora motorass y tensor tensoras, as, debe añadirse añadirse que se hacen normalmente de chapa de ac aceero 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 banda cuyo coste puede repr represent esentar ar más del 50 por 100 del total de la cinta.
Inte Intern rnac acio iona nalm lmen ente te,, el teji tejido do de algo algodó dónn que que form formaa 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 supone que las las cintas duran 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 cintas múltip múltiples les puede puede evalu evaluar arse se en 15 15ºº, 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 entiende por elevador elevadores es de cangilones cangilones el conjunto conjunto de una una cadena sin fin de la cual van colgados cangilones iguales para el transporte del material. Los elevador elevadores es de cangil cangilone oness pueden pueden ser de construc construcció ciónn cubierta o descubierta, dependiendo del material a elevar y de las condiciones ambientales, tales como viento lluvia, etc. Aunq Aunque ue los los elev elevad ador ores es de cang cangililon ones es son son normal normalme ment ntee verticales, pueden disponerse en planos inclinados. Las Las vel velocid ocidad ades es de tras trasla laci cióón osci oscillan entr entree 1 y 4 m/s, m/s, alcanzándose anchos de 1m. Rara vez vez su elevación elevación es es superior superior a los 50m, y su capacidad capacidad no sobrepasa los 400m3/h.
c) TRANSPORTADORES REDLERS
Para transportes transportes continuos continuos se usan frecuente frecuentemente mente cadenas cadenas sin fin fin intr introd oduc ucid idas as en caja cajass cerr cerrad adas as que que se desp despla laza zann en su movimiento masas de material pulverulento, pero no cohesivo. La cadena cadena resbala sobre sobre el fondo fondo o sobre sobre carriles adecuados, adecuados, y el arra arrast strre del del mate materi rial al es faci facili lita tado do por por la pres presen enci ciaa de barr barras as transversales fijas a la cadena. Este Este tipo tipo de apar aparaatos tos no se util utiliizan zan más que en fábr fábric icas as e inst instal alac acio ione ness indu indust stri rial ales es en razó razónn a la fuert fuertee inve invers rsió iónn que que representa. Normal Normalme mente nte,, no se transp transporta ortann más de 800 800t/h t/h a veloci velocidad dades es 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 pued puedee empl emplea ears rsee 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 rte 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 pr primaria. Cha Chancad cadora secu secunndari aria. Cha Chancad cadora terc erciari iariaa.
6. Cla Clasif sificado cadorr prim primaario. 7. Cla Clasif sificado cadorr secu secunndar dario. 8. Clasificador. 9 – 17. Transportado Transportadores res de correa. correa. 4 A. Desmenuzador Desmenuzador de piedras.
De acuerdo a los requerimientos se obtendría la siguiente producción en m3 procesado.