cap.5 prospeccion - explotacion de canteras

Curso:GEOLOGIA APLICADA

CAPITULO V:

PROSPECCIÓN EVALUACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE CANTERASDocente: Ing. Wilver Morales Céspedes wmorales @unc.edu.pe

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFacultad de INGENIERÍA

Escuela Académico Profesional de INGENIERÍA HIDRÁULICA

Capítulo V: PROSPECCION - EVALUACIÓN Y EXPLOTACION DE CANTERAS.

• Rocas importantes para la construcción. Propiedades físicas y químicas

– Explotación de canteras Métodos de explotación

– Fuentes de arena y grava. Áridos para el hormigón (concreto)

– Materia prima para materiales cementantes, calizas, arcillas, yeso, materia prima para la fabricación de ladrillo, tejas, etc.

– Principales yacimientos de materiales de construcción en Cajamarca.

Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes wmorales @unc.edu.pe



• ROCAS PARA LA CONSTRUCCIÓN

• 1.- LAS ROCAS

• Por constituir un material natural, la roca no precisa para su empleo más que la extracción y la transformación en elementos de forma adecuada. Sin embargo, es necesario que reúna una serie de cualidades que garanticen su aptitud para el empleo a que se destine. Estas cualidades dependen de su estructura, densidad, compacidad, porosidad, dureza, composición, durabilidad, resistencia, a los esfuerzos a que estará sometida, etc.




• ROCAS PARA LA CONSTRUCCIÓN

• Desde la Prehistoria el Hombre a utilizado las rocas en su vida cotidiana, en sus instrumentos de caza o cocina, a través del tiempo hasta nuestros días ha podido convertir trozos de roca y algunos minerales, en hermosas obras de arte, como son las maravillas del mundo: coliseo romano, pirames o el cristo corcovado. En todas estas mega construcciones se han utilizado los materiales adecuados, la dureza y resistencia de estos, son elementos importantes en la belleza de estas obras.




LOS TIPOS DE ROCAS

La palabra roca comprende todos los constituyentes sólidos de la corteza terrestre, ya sea compactos como el granito, granulares como la arena, o térreos como las arcillas.

Se clasifican en (por su formación)

a. Rocas ígneas

b. Rocas sedimentarias

c. Rocas Metamórficas




Aquellas que han salido a lasuperficie y se han enfriadolenta o violentamente enella, a través de laserupciones volcánicas, entrelas principales tenemos:

- Andesita, basalto, riolita yla traquita




ROCAS IGNEAS EXTRUSIVAS

ROCAS IGNEAS INTRUSIVA

Son aquellas que se enfriaron y se solidificaron a grandes

profundidades y presiones, algunas veces afloran en grandesmasas debido a movimientos de la corteza terrestre y porlos procesos de erosión. Se caracteriza por que su grano esmuy pequeño. Entre las principales tenemos:

- Granito, sienita, diorita y el gabro




ROCAS IGNEAS FILONEANAS (HIPOABISALES)

Son aquellas que ocupan un espaciointermedio entre las extrusivas y lasintrusivas, por eso tienen una estructuraparcialmente cristalina, estas rocas sepresentan en forma de mantos.




Son el resultado de lameteorización de las rocas preexistentes. Losrestos meteorizados de la rocason transportadosconstantemente por la acciónde los rios, viento, olas y hielo yluego son depositados enlugares como lagos, valles derío, mares etc.Las rocas sedimentarias suelenencontrarse en capas o estratos,por su resistencia mecánica lasmás empleadas son:

- Piedra caliza. - Dolomita.




ROCAS SEDIMENTARIAS

ROCAS METAMORFICAS

Las rocas ígneas ysedimentarias puedenrehacerse, y convertirse enrocas metamórficas. Hasta lasrocas metamórficas puedensufrir metamorfosis yconvertirse en otro tipo deroca metamórfica.

FACTORES PRINCIPALES

PRESION – TEMPERATURA YFLUIDOS




ROCAS PARA LA CONSTRUCCIÓN

MODOS DE USO DE LAS ROCAS EN LA CONSTRUCCIÓN:

* Como elemento resistente.

* Como elemento decorativo.

* Como materia prima para la fabricación de otros materiales.




CIMENTACIONUSOS




ROCAS PROPIEDADES

Durabilidad – Resistencia al Intemperismo agentes externos Dependiendo del uso y a la exposición

• Ejemplo piedra caliza no es utilizable cuando se utiliza en elementos que van a ser utilizados en contacto con ácidos

• Dureza Es la resistencia que ofrece un mineral a ser rayado por otro como patrón se emplea la conocida Escala de Mohs




Dureza Mineral Comentario Composición química

1 Talco Se puede rayar fácilmente con la uña Mg3Si4O10(OH)2

2 Yeso Se puede rayar con la uña con más dificultad CaSO4·2H2O

3 Calcita Se puede rayar con una moneda de cobre CaCO3

4 Fluorita Se puede rayar con un cuchillo CaF2

5 Apatito Se puede rayar difícilmente con un cuchillo Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)

6 Ortoclasa Se puede rayar con una lija de acero KAlSi3O8

7 Cuarzo Raya el vidrio SiO2

8 Topacio Raya a todos los anteriores Al2SiO4(OH-,F-)2

9 Corindón Zafiro y rabies son formas de corindón Al2O3

10 Diamante Es el mineral natural más duro C

ESCALA

DE

MOHS




Explotación de canteras

Métodos de explotación




Es el conjunto de labores que se llevan a cabo con la finalidad de explotar el material útil en la construcción.




En este caso hablamos de recuperar las rocas duras para clasificarlas y

transformarlas en arena, ripio, agregados F y G., material de base y sub

base, etc,

¿QUE ES UNA CANTERA?

• COMO SE EXPLOTA UNA CANTERA?

• Aprovechando de la pendiente, el depósito de material pétreo, se divide en capas horizontales, con la finalidad de explotar varias capas (Bancos) simultáneamente.

• De esta manera, la cantera va adquiriendo la forma escalonada.




FORMA DE EXPLOTACIÓN de CANTERA ESCALONADA




ELEMENTOS DE UN BANCO




Algunos criterios operativos• Altura de banco: Limitada por normativa al alcance del cucharón de la pala,si es arranque directo. Si se utiliza bulldozer para arranque y empuje, no selimita la altura pero sí la pendiente máxima de trabajo (25%)

. Plataformas de trabajo: Deben permitir el movimiento sin riesgo demáquinas y personal. Suficientes para giro de volquetes

• Bermas: Si la altura del paquete es superior al talud máximo permitido. Enoperación su altura será al menos la de la plataforma de trabajo. En situaciónfinal debe permitir la estabilidad del talud. Normalmente V=1/H=4.. Pistas y rampas: 3 ó 4 veces más anchas que la anchura del mayor volquete.Pendiente recomendable del 8%

• El espacio de trabajo o módulo va evolucionando a medida que avanza lagravera. La restauración debe ser simultánea con la explotación.

EVALUACIÓN DE YACIMIENTOS Y RESERVAS




EVALUACIÓN DE YACIMIENTOS Y RESERVASLa base de cualquier proyecto es la planificación de las actividades a realizar. Así, enInvestigación no metálica para materiales de construccion, se suele subdividir el trabajo entres etapas claramente diferenciadas, de forma que solamente se aborda la siguiente encaso de que la anterior haya cumplido satisfactoriamente los objetivos previstos. Puedenrecibir distintos nombres, en términos generales se trata de una fase de preexploración,una de exploración y otra de evaluación. Si incluso ésta última alcanza los resultadosprevistos se realiza un estudio de viabilidad económica.




Preexploración: Tiene por objeto determinar si una zonaconcreta, normalmente de gran extensión, presentaposibilidades de que exista un tipo determinado de cantera.Esto se establece en función de la información de quedisponemos sobre esa cantera, sobre la geología de la zonade estudio. Suele ser un trabajo fundamentalmente degabinete, en el que contaremos con el apoyo de informaciónbibliográfica, mapas, fotos aéreas, imágenes de satélite, etc.,aunque puede incluir alguna salida al campo para reconocerlas zonas de mayor interés.

EVALUACION DE YACIMIENTOS Y RESERVAS




Exploración: Una vez superadasatisfactoriamente la anterior, lasposibilidades de la zona estudiada,se pasa al estudio sobre el terreno.En esta fase aplicaremos las diversastécnicas disponibles para llevar acabo de forma lo más completoposible el trabajo, dentro de lasposibilidades presupuestarias delmismo. Su objeto final debe sercorroborar o descartar la hipótesisinicial de existencia de un depositodel tipo prospectado de acuerdo anuestras necesidades.

EVALUACION DE YACIMIENTOS Y RESERVAS




Evaluación: una vez que hemos detectado una zona deinterés y con una reserva favorable, pasamos a llevar acabo su evaluación o valoración económica. A pesar de loque pueda parecer, los datos de ésta no son aúnconcluyentes, y debe ir seguida, en caso de que lavaloración económica sea positiva, de un estudio deviabilidad, que contemple todos los factores geológicos,sociales, ambientales, etc., que pueden permitir (o no)que una explotación se lleve a cabo.

EVALUACIÓN DE YACIMIENTOS Y RESERVAS




CICLO DE LOS YACIMIENTOS NO METÁLICOS




La producción de la minería no metálica

Los productos mineros no metálicos con mayor volumen de producción (más de 100 mil toneladas) en el Perú son: caliza, hormigón, sal común, arena, arcilla, puzolana y boratos (incluyendo ulexita).

calizaDocente: Ing. Wilver Morales Céspedes wmorales @unc.edu.pe



MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN

• GRAVERAS:

– Arranque directo.

–CANTERAS:

Arranque con explosivos.




PASOS PREVIOS

- IDENTIFICAR POSIBLE ZONA

- ESTUDIOS DE VIABILIDAD

- OBTENCIÓN DE LOS PERTINENTES PERMISOS

- COMPRA DE TERRENOS




IDENTIFICACIÓN DE LA ZONA

- DOCUMENTACIÓN SOBRE POSIBLES ZONAS

- ESTUDIOS GEOLÓGICOS

- ANTIGUAS LABORES MINERAS

- PROXIMIDAD DE OTRAS CANTERAS

- ZANJAS Y CALICATAS

- SONDEOS CON Y SIN RECUPERACIÓN DE TESTIGO




ESTUDIOS DE VIABILIDAD

- CÁLCULO DE ESPESORES

- DETERMINACIÓN DE CALIDAD DEL MATERIAL

- CÁLCULO DE RATIOS ESTÉRIL/MINERAL

- PERSPECTIVAS DE VENTAS DE MATERIAL EN LA ZONA




OBTENCIÓN DE PERMISOS

- INVESTIGACIÓN, EXPLORACIÓN, EXPLOTACIÓN…

- DECLARACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL

- INSTALACIÓN DE PLANTA INDUSTRIAL

Etc…




COMPRA DE TERRENOS

NEGOCIACIONES CON AYUNTAMIENTOS , COMUNIDADES Y PROPIETARIOS




INICIO DE LAS LABORES

Importante en todo momento tener claros los límites de la futura explotación.

- MARCAR LÍMITES

- CONCESIÓN

- PROPIEDAD




UBICACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

- Cuidadosa elección del emplazamiento

- Minimizar el impacto visual ( Buscar las cotas más bajas del terreno o aprovechar huecos existentes)

- Lo mas cerca posible de los frentes de explotación

- Planificación de accesos, pasos de vehículos y peatones, oficinas y servicios, báscula de ventas, zona de residuos, ---

- Zonas de mantenimiento y talleres… etc. = NECESIDAD DE MAYORES SUPERFICIES.




METODOS DE EXPLOTACION

Diseño y explotación de Graveras:

Generalidades

• Las graveras contienen áridos naturales sueltos,

generalmente silíceos, pero también calizos.

• Las rocas más frecuentes son: cuarcita, granito, cuarzo y rocas metamórficas, según las áreas de origen.




• Los áridos, (también

llamados agregados),

se definen como

materiales compuestos

de partículas de origen

pétreo, duras, de forma

y tamaño estables.

• Entre ellos se

encuentran: La arena,grava, arcillas y rocas detodas dimensiones.




¿Qué son los áridos? O agregados

Agregados• Son fragmentos de roca que pueden

ser combinados (o agregados) para obtener una mezcla a utilizarse en la construcción.

• Generalmente se entiende por "agregado" a la mezcla de arena y piedra de granulometría variable.

• La base de la mezcla generalmente descansa sobre el tamaño del fragmento: si se requiere un agregado poroso se utilizan fragmentos de tamaño similar, si se requiere uno más compacto se utiliza distintos tamaños para que los fragmentos menores rellenen el espacio dejado por los mayores.




• El agregado puede ser mezclado con cemento (concreto ) o bitumen (ASFALTO) o utilizarse suelto como en las presas de tierra.

• La arena y la grava se extraen de depósitos naturales por medio de fosas o pozos y posteriormente son pasadas por tamices para obtener los tamaños requeridos.

• Las rocas se extraen de canteras, luego son trituradas y posteriormente tamizadas.

• Usualmente las fracciones más finas contienen cantidades inaceptables de arcilla y polvo de roca y debe ser eliminada ( o rechazada)

Agregados




Clasificación según tamaño.Según el tamaño de las partículas que locomponen, se clasifican de acuerdo al siguientecriterio:

• Grava : Árido cuyas partículas tienen tamañoscomprendidos entre 20 y 40 mm, con las toleranciasdadas en las especificaciones tecnicas

• Gravilla : Árido cuyas partículas tienen tamañoscomprendidos entre 5 y 20 mm, con las toleranciasdadas en las ET.

• Arena : Árido cuyas partículas tienen tamaños comprendidos entre 0.16 y 5 mm, con las tolerancias dadas en las ET.




• Agregado chancado (árido tratado): Aquel árido proveniente de un proceso industrial. Normalmente chancado o triturado, separado por tamaños y lavado. Sus partículas presentan caras rugosas y de forma irregular, pero cercanas a una forma cúbica.

• Agregado rodado (árido natural): Aquel árido que proviene de ríos o empréstitos naturales. Su proceso de producción contempla básicamente la separación por tamaños y el lavado. Sus partículas presentan caras lisas y suaves y son de forma redondeada.

Clasificación según textura superficial de las partículas.




• Un material puede ser inadecuado para utilizarse como un agregado si la forma de sus fragmentos son hojosos o alargados y por lo tanto son rechazadas las lutitas y los esquistos.

• Los depósitos de arena y grava no son adecuados si: contienen arcilla, ya sea rodeando a los fragmentos o como pequeños bolsones, mica, conchas, fragmentos de carbón o turba, en cantidades que afecten su función.

Adecuabilidad




Las rocas que no proporcionan fragmentos duraderos capaces de retener su masa cuando son expuestos a diferentes condiciones no son una fuente adecuada de agregado. Ej: algunas calizas y areniscas débiles, rocas arcillosas.

La arena, la grava y la roca que contenga minerales que reaccionan con el cemento son inadecuados como agregados del concreto.

Adecuabilidad




La adecuabililidad de un material para ser usado como agregado se evalúa según: •Granulometría•Forma y textura de las partículas•Gravedad específica de fragmentos•Densidad de la mezcla•Exámen petrográfico microscópico. Los materiales y las rocas que los contengan en cantidades de 0.5 a 1% son indeseables y no pueden ser utilizados sin someterlos a pruebas: -fragmentos orgánicos, evaporitas (yeso, anhidrita, sales) -óxidos de hierro hidratados (limonita, goetita, hematita,magnetita)- sulfuros y sulfatos (galena, esfalerita, pirita, calcopirita; yeso, anhidrita)-ópalo , calcedonia, muchas zeolitas y olivino.




No adecuado para Arenas

Lajas Piedras Piedras Piedras Piedras Blandas

Porosas Livianas con arcilla

adherida




• PRODUCCIÓN

• SEGURIDAD

• CALIDAD

• MEDIO AMBIENTE• Uno sólo de ellos no es válido, debe buscarse

el equilibrio entre los cuatro factores.

LOS PILARES BÁSICOS EN PRODUCCIÓN







USOS Y APLICACIONES DE LAS ROCAS Y

MINERALES INDUSTRIALES POR

SUBSECTORES ECONÓMICOS




Rocas Minerales Industriales en el Perú




Se estima que la producción de Rocas Minerales Industriales en el Perú,

está alrededor de los 45 a 50 millones de toneladas (incluido lo áridos)

En el 2009 se exportó alrededor de 114 millones de dólares, divisas que

ingresaron al país.




PRINCIPALES YACIMIENTOS

DE MATERIALES DE

CONSTRUCCIÓN EN

CAJAMARCA




Se encuentra a 3250 m.s.n.m., al sur este de la ciudad de

Cajamarca en las faldas del cerro Ventanilla cerca del Abra El

Gavilán al costado derecho de la carretera Cajamarca - Pasamayo.

Tiene una extensión aproximada de 37 hectáreas.

IDENTIFICACION GEOLOGICA:

La unidad litológica predominante es casi homogénea consiste en

una alternancia de areniscas cuarzos en la parte inferior y cuartillas

blancas en bancos gruesos en la parte superior de la roca.

CANTERA EL GAVILÁN

CARACTERISTICAS FISICAS PROMEDIO

Dureza 6.00

Densidad aparente

(gr/cm3)

3.02

Densidad real (gr/cm3) 3.08

Contenido de humedad (%) 1.04

Compasidad 0.98

Porosidad (%) 2.06

Grado de absorción (%) 1.82

Capilaridad (gr.min/m2) 20.26

PROPIEDADES AGREGADO FINO AGREGADO GRUESO

Tamaño max. (pulg) - 1

Modulo de finura 2.77 -

Peso especifico de masa (gr/cm3) 2.58 2.51

Peso especifico aparente (gr/cm3) 2.77 2.58

Absorción (%) 2.61 1.052

Cont. De humedad (%) 8.28 1.86

Peso unitario suelto (kg/cm3) 1583.31 1417.20

Peso unitario compacto (kg/cm3) 1783.99 1530.44

Salinidad 19 12.10

Materiales finos (%) 11.10 1.10

Abrasión (%) - 66.00




Esta ubicada al sur este, a 5Km de la Ciudad de

Cajamarca, al costado de la carretera Cajamarca

- Pasamayo. Su altitud es de 2850m.s.n.m.

Las rocas de la cantera El Guitarrero son de

grano fino y grueso constituido por gravas,

gradillas y arenas en forma angular.

CANTERA EL GUITARRERO

Se encuentra a una altitud de 2800

m.s.n.m.; se encuentra localizada

al sur este de la ciudad de

Cajamarca a un costado derecho

de la carretera Cajamarca - Jesús,

a 11 Km. de Cajamarca.

En la parte inferior de la cantera

encontramos areniscas cuarzos y

con la parte superior cuartillas

blancas, la roca se encuentra muy

fracturada por distrofismo.

CANTERA “LA COLLPA I y II”

Esta al sur este y a 9 Km. de Cajamarca tiene dos

zonas ( A y B), su altitud es de 2700 m.s.n.m. y esta

situada cerca a la hacienda la Colla.

Las zonas A y B de Agocucho II, constituyen un

depósito de material, aluvio coluvial, el cual contiene

limos con oxidaciones de fierro

El suelo de la cantera en estudio, no tiene cohesión

por eso tiene una estructura granular simple, la cual

puede suelta o densa, no presenta estratos definidos.

CANTERA AGOCUCHO

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