05.00 explotacion de canteras
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Se llama cantera a la fuente de aprovisionamiento de suelos y rocas
necesarias para la construcción de una obra.
Las canteras aprovisionan material parala conformación de terraplenes,estabilizaciones, capa de subbase y baseso como agregado para la elaboración deconcretos de cemento portland y asfaltico.
Las canteras deben de ser evaluadas tomando
en cuenta los siguientes criterios:
Calidad
Potencia y rendimiento
Accesibilidad y estado de las vías de acceso
Situación legal
a) Por su calidad.
La calidad de una cantera esta dada por su grado de cumplimiento delas especificaciones técnicas, del material que se busca; y se deducede los ensayos de laboratorio que se practiquen sobre las muestrastomadas durante la etapa exploratoria.
Requerimientos Granulométricos para Sub-Base Granular
Tamiz
Porcentaje que Pasa en PesoGradación A
(1) Gradación BGradación CGradación D50 mm (2”) 100 100 --- ---25 mm (1”) --- 75 – 95 100 100
9.5 mm (3/8”) 30 – 65 40 – 75 50 – 85 60 – 100
4.75 mm (Nº 4) 25 – 55 30 – 60 35 – 65 50 – 85
2.0 mm (Nº 10) 15 – 40 20 – 45 25 – 50 40 – 70
4.25 um (Nº 40) 8 – 20 15 – 30 15 – 30 25 – 45
75 um (Nº 200) 2 – 8 5 – 15 5 – 15 8 – 15
Fuente: ASTM D 1241
(1) La curva de gradación "A" deberá emplearse en zonas cuya altitud sea igual o superior a 3000 m.s.n.m. (1) La curva granulométrica SB-3 deberá usarse en zonas con altitud mayor de 3 500 m.s.n.m. (2) Sólo aplicable a SB-1.
Ensayos de laboratorioLas muestras representativas fueron sometidas a los siguientes ensayos:
� Análisis granulométrico por tamizado (NTP 400.012)� Límites de consistencia (NTP 339.129) Límite líquido, límite
plástico, índice de plasticidad� Clasificación SUCS, AASHTO (NTP 339.134,NTP 339.135)� Contenido de humedad (NTP 339.127)� Proctor modificado (NTP 339.141)� Equivalente de arena (NTP 339.146)� Abrasión (NTP 400.020)� California Bearing Ratio (CBR) (NTP 339.145)� Durabilidad con sulfato de magnesio (NTP 400.016)� Peso unitario (NTP 400.017
Ensayos de laboratorioLas muestras representativas fueron sometidas a los siguientes ensayos:
� Gravedad específica y absorción agregado grueso (NTP 400.021)� Gravedad específica y absorción agregado fino (NTP 400.022)� Módulo de fineza en agregado fino (ASTM C-125)� Impurezas orgánicas en agregados finos (NTP 400.024)� Residuos sólidos (sales solubles totales) (NTP 339.071)� Adherencia agregado fino - asfalto (MTC E-220)� Adherencia agregado grueso - asfalto (AASHTO T 182)� Sulfatos expresados como ión SO4 = (NTP 339.074)� Cloruros expresados como ión Cl - (NTP 339.076)� Materia orgánica en agua, expresado como oxígeno (NTP 339.072)� Humedad en mezclas de concreto asfáltico – Lottman (ASTM D-4867)
Requerimientos de Ensayos Especiales para Sub-Base
Granular
Ensayo Norma MTC Norma ASTM
Norma
AASHTO
Requerimiento
< 3000
msnm
> 3000
msnm
Abrasión MTC E 207 C 131 T 96 50 % máx 50 % máxCBR (1) MTC E 132 D 1883 T 193 40 % mín 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
Sales Solubles MTC E 219 1% máx. 1% máx.
Partículas Chatas y Alargadas (2) MTC E 211 D 4791 20% máx 20% máx
b) Por potencia y rendimiento.
Referido a la cantidad de material existente en la zona y el %aprovechable.
Potencia bruta: Es el volumen total de la cantera, se obtienemultiplicando el área total de la cantera por la profundidad deexploración.
Potencia Neta: Es el volumen de material utilizable que se esperaobtener de la potencia bruta. Es la potencia bruta menos elmaterial de desbroce y el desperdicio (Over).
Potencia Aprovechable: Es aquella parte de la potencia netaaprovechable para un fin especifico.
Ejemplo de calculo de rendimientos
Datos:Area de la cantera 35,000 m2Profundidad aprovechable 1.50 mTop soil ( suelo superficial org.) 0.15 mOver en cantera ( >3”) 25%Esponjamiento 5%
Potencia bruta: 1.5mx35,000m2 : 52,500 m3 (100%)Potencia neta en banco: ( desbroce=0.15 mx35,000m2=5,250m3
Pot. Brut. – Desbroce : 47,250 m3 (90%)Potencia aprovechable en banco
Pot. Neta - Over : 35,437 m3 (67.5%)
c) Por su accesibilidad y estado de las vías de acceso
La accesibilidad y el estado de las vías de acceso a la cantera asícomo la situación legal no definida desde la etapa exploratoria,pueden ser en muchos casos definitorias al ocasionar gastosinnecesarios y hasta atrasos o paralización de obra.
Se debe verificar si los accesos son pavimentados o no, tambiéndeterminar el grado de deterioro, así como la existencia de puentes,túneles, curvas u otro tipo de elementos que puedan limitar el pasode la maquinaria pesada y los vehículos de transporte.
D) Por su situación legal
Se debe de determinar el estado de la propiedad de las
zonas donde se ha identificado la existencia de material
explotable. Nombre los actuales y de ser posible de los
anteriores propietarios; existencia de contratos de
servidumbre, concesiones etc.
Etapas de exploración
Reconocimiento del
terreno
•Acceso.
�Geología y Geomorf.
�Topografía
�Situación legal
Estudios
Preliminares
•Espesores.
•Comp. del subsuelo.
•Napa freática.
•Pruebas Insitu.
Estudios Definitivo
•Potencia.
•Calidad del material.
•Costo de explotación.
•Pruebas Insitu.
CANTERA Km 28+000 Playa Buenos Aires
CANTERAS JOSE PANZON – PTE NUEVA
ESPERANZA
Croquis de explotación
Calicata/ Muestra C-1/MI C-2/M1 C-3/M1 C-4/M1 C-5/M1 C/6/M1 C-7/M1
Progresiva 0+000 6+000 12+000 14+650 18+000 24+000 28+000
Profundidad 0– 1.50 0– 1.50 0– 1.50 0– 1.50 0– 1.50 0– 1.50 0– 1.50
SUCS CL CL GM-GC GP-GM GM GP-GM GM
AASHTO A-6(6) A-6(6) A-2-4 A-1-a A-6 A-1-a A-1-b
Limite Líquido 33 38 22 19 37 19 16
Límite Plástico 20 22 5 19 26 17 16
Índice de Plasticidad 13 16 7 NP 11 2 NP
CANTERACANTERACANTERACANTERA
AAAA
KM 12+720
POTENCIA:
11,500 m3
MATERIAL
GRANULAR
CANTERA CANTERA CANTERA CANTERA
BBBB
KM 32+890
POTENCIA:
10,000 m3
MATERIAL
GRANULAR
CANTERA CANTERA CANTERA CANTERA
DDDD
KM 68+110
POTENCIA:
18,000 m3
MATERIAL
GRANULAR
ACCESO: 1.02M
ACCESO:
2.00M
ACCESO: 0.40KM
CANTERA CANTERA CANTERA CANTERA
CCCC
KM 63+400
POTENCIA:
16,000 m3
MATERIAL:
GRANULAR
ACCESO: 2.00KM
02.00 Explotación de canteras
Es el conjunto de actividades por medio de las cuales se extraemateriales de una cantera para ser empleados en una obradeterminada. Las actividades necesarias durante la explotación en unacantera son:
� Desmonte y limpieza.� Preparación� Extracción y acopio� Zarandeo o chancado.� Carguío y transporte.
Los equipos usados en la exploración de canteras son normalmente: tractor sobre oruga o neumático, cargador frontal, excavadora, chancadora.
02.01 Cuidados en la explotación
Cuando se trata de la explotación de materiales terreos por ejemplo para
terraplenes, subbase y bases:
� No mezclar los materiales de desperdicio (capa de desbroce o el over)
� Acopiar mezclando lo mas posible a fin de logra uniformidad.
� Cuidar la humedad de los finos en el banco.
� Cargar de abajo hacia arriba para evitar segregación.
Si se trata de producir agregado para concreto asfaltico o de cemento
portland, los trabajos mas comunes incluyen:
� Alimentación
� Zarandeo o cribado.
� Trituración.
� Lavado.
02.02 CHANDADORAS O TRITURADORAS
Existen dos tipos de plantas, portátil y
estacionaria.
� La planta portátil es usada en la
construcción de caminos ubicados
en zonas altas o en trabajos públicos
de pequeño y mediano tamaño.
� Las plantas estacionarias, por otro
lado, son más adecuadas para
grandes escalas de producción y
están ubicadas en función a los
centros de abastecimiento.
CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN.
� Planta Portátil: 10-200 toneladas por hora.
� Planta Estacionaria: 60-500 toneladas por hora.
La capacidad de producción más económica para estos tipos deplantas es de 150 toneladas por hora, y los siguientes puntos sondesarrollados teniendo en cuenta esta capacidad de producción.
02.02 .01 ) PROCESODE TRITURACIÓN
La operación de trituración, es la primera etapa mecánica de la
conminución. Por lo general se realiza en seco y en etapas
sucesivas.
a) TRITURADORAS PRIMARIAS: Fragmentan trozos grandes hastaun producto de 6” a 4”. Se tienen dos tipos de maquinas:� Trituradoras de Mandíbulas
� Trituradoras Giratorias.
b) TRITURADORAS SECUNDARIAS: Fragmentan el producto de latrituración primaria hasta tamaños de 4” a 1/2”, entre estasmaquinas tenemos.� Trituradoras Giratorias
� Trituradoras Cónicas.
c) TRITURADORAS TERCIARIAS: Fragmentan el producto de latrituración secundaria hasta tamaños de 1/2” o 3/8”, entre estasmaquinas tenemos.� Trituradoras Cónicas
� Trituradoras de Rodillos.
a.I) TRITURADOR DE MANDIBULAS (CHANCADORAS)
Esencialmente constan de dos
placas de hierro instaladas de tal
manera que una de ellas se
mantiene fija y la otra tiene un
movimiento de vaivén de
acercamiento y alejamiento a la
placa fija, durante el cual se logra
fragmentar el material que entra al
espacio comprendido entre las
dos placas (cámara de
trituración).
a.I) TRITURADOR DE MANDIBULAS (CHANCADORAS)
El nombre de estas trituradoras
viene del hecho de que la
ubicación y el movimiento de las
placas se asemejan a las
mandíbulas de un animal, por
eso, la placa fija suele llamarse
mandíbula fija y la otra placa,
mandíbula móvil.
� El tamaño de las chancadoras sedesigna por la abertura de alimentacióny al ancho de la boca
Las figuras 3b y 4 muestran las partesmás importantes de un triturador tipoBlake de doble efecto (double toggle). Elmovimiento de vaivén de la mandíbulamóvil es accionado p or el movimientovertical (ascendente y descendente) deuna biela (pitman) la cual esta articulada aun eje excéntrico p or su parte superior y ados riostras por la parte inferior, estando lariostra trasera articulada a un punto deapoyo ubicado en la parte trasera de lamaquina y la riostra delantera articulada ala p arte inferior de la mandíbula móvil
� Las mandíbulas están cubiertas por soleras de acero al
manganeso y sujetas a las mandíbulas mediante pernos la
superficie de las soleras pueden ser lisas, corrugadas o
acanaladas
El tamaño de estas maquinas puede variar desde 125 x 150 mm.
a 1600 x 2100 mm. Pueden triturar partículas desde 1,2 m. de
tamaño aproximadamente, a razón de 700 a 800 TPH. La
velocidad de la maquina, varia inversamente con el tamaño y
usualmente esta en el rango de 100 a 400 rpm. El radio de
reducción promedio es de 7:1, y p uede variar desde 4:1 hasta
9:1, la potencia consumida puede variar hasta 400 HP, para el
caso de las maquinas grandes.
A.II) TRITURADORAS GIRATORIAS� Consisten en un eje vertical largo
articulado por la parte superior a un
punto (spider) y por la parte inferior a un
excéntrico.
� Este eje lleva consigo un cono
triturador. Todo este conjunto se halla
ubicado dentro el cóncavo o cono fijo
exterior.
� El conjunto, eje y cono triturador se
halla suspendido del spider y puede
girar libremente (85 – 150 rpm), de
manera que en su movimiento rotatorio
va aprisionado a las partículas que
entran a la cámara de trituración
(espacio comprendido entre el cono
triturador y el cóncavo) fragmentándolas
continuamente por compresión.
� La Fig. 5 muestra esquemáticamente los tipos de trituradoras giratorias, y uncorte de una de éstas maquinas se muestra en la Fig. 6
� El tamaño de este equipo se designa por la dimensión de la abertura dealimentación (feed openning-gape) y el diámetro de la parte inferior del cono(head diameter)
b.II) TRITURADORAS CÓNICAS.
Es una trituradora giratoria modificada. La diferenciaprincipal es que el eje y cono triturador no estásuspendida del spider sino que esta soportada por undescanso universal ubicado por debajo, t al comopuede observarse en la Fig. 8. Además, como ya noes necesario una gran abertura de alimentación elcono exterior y a no es abierto en la parte superior
El tipo de trituradora cónica mas utilizada es laSymons, la cual se fabrica en dos formas:
a.Trituradora cónica Symons Standard, normalmenteutilizada en la trituración secundaria.
b.Trituradora cónica Symons de cabeza corta, utilizadaen la trituración fina o terciaria.
C.II) TRITURADORA DE RODILLOS
Estas trituradoras siguen siendo
utilizadas en algunas plantas,
aunque en otras han sido
reemplazadas por las cónicas. El
modo de operación es muy simple.
Consiste en dos rodillos horizontales
los cuales giran en direcciones
opuestas.
El eje de una de ellas esta sujeta a
un sistema de resortes que permite
la ampliación de la apertura de
descarga en caso de ingreso de
partículas duras
02.02 .02 ELEMENTOS TRANSPORTADORES DE ÁRIDOS
� Cumple la función específica de trasladar los materialesentre dos puntos de cota distinta.
� En general, los elementos transportadores no tienenmayor alcance que el necesario para comunicar las partesfundamentales de una instalación de machaqueo, quecomo se sabe, son: machacadora, cribas y silos, o bienel lugar de producción y el de empleo.
TIPOS DE TRANSPORTADORES:
Los cuatro más empleados son:
A. Cintas transportadoras
B. Elevador de cangilones
C. Redlers
D. Tornillo de Arquímedes
a) CINTAS TRANSPORTADORAS
� El transporte por cintas, en la mayor parte de los casos, se
emplea cuando los materiales que han de transportarse son
granulares y no cohesivos.
� Como ventajas del transporte por cinta figuran: el bajo
costo de montaje y la posibilidad de efectuar la descarga
en cualquier punto de su trayectoria, así como la capacidad
de adaptación posterior de las instalaciones a otras obras.
� En instalaciones normales de obras públicas rara vez
rebasa cada cinta la longitud de 100m.
Partes de una Banda Transportadora.
En la figura se observan las partes de una banda transportadora
sencilla:
a.) Banda, b.) Rodillo Motriz, c.) Rodillo Tensor, d.) Carga del
Género, e.) Descarga del Género, f.) Tensado, g.) Rodillos de Guía.
Elementos que conforman la cinta transportadora:
� Estructura de soporte de la cinta.
� Cilindro motor, generalmente colocado en la parte superior
de la cinta (cuando esta no es horizontal) al efecto de que
la cara de la banda cargada este traccionada.
� Cabeza o tambor de retorno y tensado.
� Rodillos superiores e retorno de la banda.
� Rodillos inferiores.
� Banda material plástico con anchos que oscilan entre 40 y
100cm.
� Las cintas pueden ser horizontales o inclinadas, también es
normal que se dispongan bandas o cintas de arrastre con
tacos o rugosidades para evitar el deslizamiento del
material.
� Respecto a las cabezas motoras y tensoras, debe añadirse
que se hacen normalmente de chapa de acero y que
pueden, en algunos casos, tener rugosidades especiales,
para facilitar el arranque con cinta cargada y evitar esfuerzos
de patinado que pudieran destrozar las cintas por
calentamiento.
� La banda cuyo coste puede representar más del 50 por 100
del total de la cinta.
� Internacionalmente, el tejido de algodón que forma el
núcleo de la banda se clasifica por el peso de onzas de la
llamada unidad “DUCK” , los valores normales de mercado
son de 28, 32, 36, 42 y 48 onzas/duck.
� Aunque se supone que las cintas duran 5 años a efectos de
amortización se estima un coste de mantenimiento entre 20
y 25 por 100 de adquisición, según la dureza de su trabajo
como en función del material que transportan.
PRODUCCIONES NORMALES DE LAS CINTAS
La pendiente limite de elevación de una cinta o conjunto de
cintas múltiples puede evaluarse en 15º, si bien puede
aumentarse a 25º si dispone de tacos adosados a su cara
exterior, que impidan el deslizamiento por gravedad.
b) ELEVADORES DE CANGILONES
� Se entiende por elevadores de cangilones el conjunto de unacadena sin fin de la cual van colgados cangilones igualespara el transporte del material.
� Los elevadores de cangilones pueden ser de construccióncubierta o descubierta, dependiendo del material a elevar yde las condiciones ambientales, tales como viento lluvia,etc.
� Aunque los elevadores de cangilones son normalmenteverticales, pueden disponerse en planos inclinados.
� Las velocidades de traslación oscilan entre 1 y 4 m/s,alcanzándose anchos de 1m.
� Rara vez su elevación es superior a los 50m, y su capacidadno sobrepasa los 400m3/h.
c) TRANSPORTADORES REDLERS
� Para transportes continuos se usan frecuentemente cadenas sinfin introducidas en cajas cerradas que se desplazan en sumovimiento masas de material pulverulento, pero no cohesivo.
� La cadena resbala sobre el fondo o sobre carriles adecuados, y elarrastre del material es facilitado por la presencia de barrastransversales fijas a la cadena.
� Este tipo de aparatos no se utilizan más que en fábricas einstalaciones industriales en razón a la fuerte inversión querepresenta.
� Normalmente, no se transportan más de 800t/h a velocidadesinferiores a 2m/s; su longitud total es, generalmente, inferior alos 200 m.
TRANSPORTADOR REDLER
d) TORNILLO DE ARQUIMEDES
� Para el transporte de áridos muy finos puede emplearse
el tornillo de Arquímedes, que consta de un tornillo sin
fin encerrado en un cilindro o en caja de sección
rectangular que lo envuelve a pequeña distancia de su
hélice exterior. Aunque, frecuentemente, el tornillo de
Arquímedes se utiliza para simultanear el transporte con
el lavado de un árido mediante una corriente de agua,
puede también emplearse como elemento simple de
transporte.
d) TORNILLO DE ARQUIMEDES
1. Tolva.
2. Alimentador.
3. Chancadora primaria.
4. Chancadora secundaria.
5. Chancadora terciaria.
6. Clasificador primario.
7. Clasificador secundario.
8. Clasificador.
9 – 17. Transportadores de correa.
4 A. Desmenuzador de piedras.
De acuerdo a los requerimientos se obtendría la
siguiente producción en m3 procesado.
