MECÁNICA DE SUELOS

EXCAVACIONES EN CANTERAS

JOAN ELIAS SALUM GARCÍA

CARLOS MAURICIO SOTOMAYOR PÉREZ

ING. CLAUDIA CEBALLOS DÍAZ

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

INGENIERÍA CIVIL

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA

MONTERÍA-CÓRDOBA

2015

EXPLOTACIÓN EN CANTERAS, TRANSPORTE Y VOLÚMENES DEL MATERIAL

La arena es el agregado más utilizado en la construcción; sus usos más frecuentes son para morteros de cemento, pañetes, hormigones simples y armados, bases de piso, llenante en la construcción de vías y preparación de asfaltos; se clasifican en tres tipos:

Arenas naturales: son las extraídas de depósitos geológicos naturales. Arenas de dragado: son las que se extraen de ríos, lagos o mares. Arenas de trituración: son las resultantes del proceso de trituración de los

agregados gruesos.

Los movimientos de tierra son aquellas actividades realizadas con los terrenos naturales, esto con el fin de cambiar sus formas naturales o de extraer los materiales para aportarlos en obras, minería o industria.

Las operaciones del movimiento de tierras se pueden definir de una manera general como:

• Excavación o arranque: que corresponde a las diferentes técnicas que hacen posible la extracción del material de su lugar de origen, estos se encuentran en la naturaleza y se pueden encontrar de diferentes formas en lo que es denominado banco de material; estos son de perfil cuando se encuentran en la traza de una vía y en préstamos cuando se encuentran fuera de ella. La obtención de estos materiales se hace por porciones. Existen diferentes tipos de terreno, por lo tanto, se tiene que extraer de manera diferente para poder lograr una excelente excavación.

• Carga: Se refiere a los métodos utilizados para subir y distribuir el material al vehículo en el que este procederá a ser transportado.

• Transporte o acarreo: corresponde al movimiento que se le realiza al material desde el lugar de carga a su destino.

• Descarga de material: Técnica que se lleva a cabo para bajar el material y depositarlo en el lugar al que ha sido requerido. La descarga puede hacerse sobre el propio terreno o en tolvas, que es un dispositivo similar a un embudo de gran tamaño destinado al depósito y canalización de materiales granulares o pulverizados, entre otros. En ocasiones, se monta sobre un chasis que permite el transporte.

• Extendido: Métodos que se usan para la distribución equitativa del material en la obra a realizar.

• Humectación o desecación. Compactación: Parte final del proceso en el que se lleva a cabo la liberación del vacío con el que viene el material y el obtenido al momento de la descarga. Este busca la realización de comportamientos mecánicos adecuados y la protección de dicho material frente a diversos factores como la humedad.

La mayoría de las empresas compran el material a personas que lo explotan manualmente o artesanalmente. Ellos escogen el material que ha sido estudiado previamente, probando ensayos de densidad, solides y desgaste

La piedra caliza, la cual se extrae con explosiones, los cuales son introducidos a 1,50 m o 2 m y de ahí se sacan piedras de aproximadamente de 75 cm a 1 m de diámetro las cuales luego van a la trituradora, pero cuando es demasiado grande para pasar a través de esta, se parte manualmente y si es necesario, se somete a calor para dilatarlo y pasan a ser piedras de tamaño más pequeño de aproximadamente 30 cm a 40 cm.

El volumen que sale de cantera no es el mismo que se tritura, ya que cuando esta se extrae y se transporta tiene muchos vacíos, la piedra triturada tiene menos vacíos y su peso específico es mayor que en la tipo rajón, el peso unitario de la arena es más alto que el de la piedra rajón ya que tiene menos vacíos.

Las arenas se comportan de manera distinta, ya que por el grano ser más fino, este se reacomoda mientras va siendo transportado, y también cuando sale del lugar de extracción, esta contiene mucha humedad, la cual se va perdiendo a medida que va siendo transportado

La arena puede obtenerse de terrazas aluviales las cuales se forman por ríos o diferentes corrientes de agua que en algún tiempo pasaron por dicha zona y fueron sedimentando, o también pueden obtenerse mediante la extracción artesanal, el cual consiste en obtener la arena de forma manual.

CAMBIOS DE VOLUMEN.

Los terrenos, ya sean suelos o rocas más o menos fragmentadas, están constituidos por la agregación de partículas de tamaños muy variados. Entre estas partículas quedan huecos, ocupados por aire y agua.Si mediante una acción mecánica variamos la ordenación de esas partículas, modificaremos así mismo el volumen de huecos. Es decir, el volumen de una

porción de material no es fijo, sino que depende de las acciones mecánicas a que lo sometamos. El volumen que ocupa en una situación dada se llama volumen aparente. Por esta razón, se habla también de densidad aparente, como cociente entre la masa de una porción de terreno, y su volumen aparente

El movimiento de tierras se lleva a cabo fundamentalmente mediante acciones mecánicas sobre los terrenos. Se causa así un cambio de volumen aparente, unas veces como efecto secundario (aumento del volumen aparente mediante la excavación) y otras como objetivo intermedio para conseguir la mejora del comportamiento mecánico (disminución mediante apisonado).

El estudio de cambios de volumen es importante porque en los planos el movimiento de tierras esta en magnitudes geométricas y en obra las mediciones son en m3 y no en peso porque no conocemos las densidades. El material en el movimiento de tierras ha sufrido transformaciones (canteras, bancos, chankadoras, naturales, etc.) mediante las operaciones. En las excavaciones hay un aumento de volumen que se debe considerar en el transporte, colocación y compactación. E las unidades de transporte se deben considerar la capacidad de la tolva y peso que puede transportar.

ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO

Al excavar el material en banco, este resulta removido con lo que se provoca un aumento de volumen. Este hecho ha de ser tenido en cuenta para calcular la producción de excavación y dimensionar adecuadamente los medios de transporte necesarios.

CONSOLIDACION Y COMPACTACION.

Las obras realizadas con tierras han de ser apisonadas enérgicamente para conseguir un comportamiento mecánico acorde con el uso al que están destinadas. Este proceso se conoce genéricamente como compactación y

consolidación del material (Shrinkage). La compactación ocasiona una disminución de volumen que ha de tenerse en cuenta para calcular la cantidad de material necesaria para construir una obra de tierras de volumen conocido. Se denomina factor de consolidación a la relación entre el volumen del material en banco y el volumen que ocupa una vez compactado.

EQUIPOS DE EXCAVACIÓN Y TRANSPORTE DEL MATERIAL

Los diversos tipos de suelos que son considerados en el movimiento de tierras pueden varar desde roca sólida hasta tierra sola, incluyendo aquellas mezclas de roca y tierra. Por esto los distintos tipos de materiales presentan resistencia para ser movidos, dependiendo de factores como el peso, dureza, rozamiento interno y cohesión.

Como existen diferentes tipos de excavaciones (a cielo abierto, subterráneas y subacuáticas), para cada una se emplean distintas actividades y maquinaria, por esto a la hora de escoger el transporte se tiene en cuenta variables como el recorrido, la distancia, pendientes y curvas, material a transportar y la producción requerida.

En las excavaciones a cielo abierto el terreno va a variar de rocas a fangos, utilizando así desde explosivos hasta hacer la excavación a mano; en las excavaciones subterráneas, que se dan en túnel, galerías y pozos se van a requerir explosivos y para las longitudes demasiado profundas se necesita extraer el material por medios de elevación. Y en las excavaciones subacuáticas, en las que no es posible realizarlas desde la tierra, el terreno va a variar desde arenas y fangos duros o semiduros hasta rocas que se pueden extraer con martillos, el transporte se va a dar a través de dragas de succión y arranque.

EQUIPOS

En los equipos para movimiento de tierras y excavaciones a través de movimientos mecánicos se encuentran:

Bulldozer: es una máquina de excavación y de empuje que se compone de un tractor sobre orugas, o sobre dos ejes con neumáticos y chasis rígido o articulado, provisto en la parte delantera de una cuchilla horizontal perpendicular al eje longitudinal del tractor. Este permite el empuje de tierras, de rocas disgregadas, nivelación, excavación en línea recta, extendida por capa y compactada superficial, relleno, etc.

Traíllas: están diseñadas para realizar excavaciones, transporte y extendido a la vez.

Palas excavadoras y cargadoras: son máquinas que se componen de un bastidor montado sobre neumáticos y una estructura giratoria bastante grande dotada de un brazo con cuchara; estas máquinas se utilizan para excavar a ciertas alturas.Las palas cargadoras son máquinas que están sobre neumáticos y se accionan a través de mando hidráulico; son óptimas para excavaciones en terrenos flojos y carga de materiales sueltos, en camiones o dúmper.

Camiones y dúmpers: estas máquinas son los medios utilizados para transportar material a largas distancias. Los camiones pueden llegar aproximadamente 13 toneladas por cada eje, los dúmper aparte de pesar más, tienen más capacidad de volumen y pueden soportar cargas más bruscas y adoptarse a terrenos mas flojos.

Excavaciones a mano: son las que se realizan en obras con volúmenes pequeños y se realizan con martillos, o artesanalmente.

Cuando el terreno es demasiado duro y las excavaciones no son posibles realizarlas a través de los medios manuales o mecánicos, se hace necesario

efectuar voladuras a través de explosivos. Toda voladura comprende la realización de tres actividades concretas, las cuales son:

Perforación Colocación del explosivo con su detonador. Voladura

La perforación se realiza con medios mecánicos, utilizando comprensores y martillos perforadores neumáticos.

BIBLIOGRAFÍA

JEAN COTES. Máquinas para movimiento de tierras. Segunda edición. Editores asociados, s.a. Barcelona.

CARLOS CRESPO VILLALAZ. Mecánica de suelos y cimentaciones. Sexta edición. Editorial LIMUSA.

JUAN TIKTIN. Movimientos de tierra. Publicación del colegio de ingenieros de caminos, canales y puertos, Madrid 1997.

MANUEL DIAZ DEL RÍO. Maquinaria de construcción. Publicación de la E.U. Ingeniería Técnica de Obras Públicas de Madrid. Quinta edición. Madrid, Septiembre 1996.