UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

INTEGRANTES: ALARCON PÉREZ, Jhoseef ARONÉS OCHANTE, Giancarlo Aldair BARRIENTOS ESPILLCO, Ulises HINOSTROZA MOLINA, Hinosgar POMACANCHARI LLANTOY, Zinthia

AYACUCHO – PERÚ 2014

UNSCH

E.F.P. INGENIERÍA CIVIL - GEOTECNIA

ESTUDIO DE CANTERAS

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INTRODUCCIÓN La extracción de materiales pétreos para la construcción es importante en cualquier lugar del mundo, ya que de esta actividad depende el buen desarrollo de las obras de infraestructura que impulsan el crecimiento de un país. Hasta hace relativamente poco tiempo, los áridos se consideraban como un recurso mineral y de escaso valor, razón por la cual las compañías mineras tradicionales no invertían en este sector. Sin embargo, la acelerada demanda de productos de cantera y las múltiples limitaciones, fundamentalmente de tipo ambiental, para la apertura de nuevas graveras y canteras, han hecho que estos materiales hayan pasado a tener un carácter agotable y, consecuentemente, a revalorizarse. Por otro lado, las especificaciones de los productos son cada vez mayores y más difíciles de cumplir de forma natural por los propios yacimientos, con lo que se acude a cubrir este déficit en las plantas de tratamiento con sistemas que van incrementando su sofisticación. Las exigencias técnicas generales de la explotación se están viendo fuertemente incrementadas y existe una fuerte implantación de criterios de calidad de los productos y de garantía del cumplimiento de sus características y propiedades.

CONTENIDO INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................................... 2

I. PRESAS. .......................................................................................................................................................... 3

1.1. DEFINICIÓN ...................................................................................................................................... ............. 3

1.2. TIPOS DE PRESAS ............................................................................................................................. ............. 3

1.2.1. CLASIFICACIÓN SEGÚN LOS MATERIALES ............................................................................... .. 3 II. CANTERA ........................................................................................................................................................ 4

2.1. DEFINICIÓN ...................................................................................................................................... ............. 4

2.2. CLASIFICACIÓN ................................................................................................................................ ............. 4

2.2.1. CANTERAS A CIELO ABIERTO .................................................................................................... .. 4 2.2.2. CANTERAS SUBTERRÁNEAS ...................................................................................................... .. 4 2.2.3. CANTERAS ALUVIALES ............................................................................................................... .. 5 2.2.4. CANTERAS DE ROCA. ................................................................................................................. .. 5

III. EXPLOTACIÓN DE CANTERAS ........................................................................................................ ............. 5

3.1. MAQUINARIAS A USAR ................................................................................................................... ............. 5

3.2. MODOS DE EXPLOTACIÓN .............................................................................................................. ............. 7

3.2.1. EXPLOTACIÓN DE CANTERAS SIN USO DE EXPLOSIVOS ......................................................... .. 7 3.2.2. EXPLOTACIÓN CON DESCUBRIMIENTO. .................................................................................. .. 9 3.2.3. ARRANQUE DE ROCAS POR MEDIO DEL RIPIAJE ..................................................................... .. 9

IV. IMPACTO AMBIENTAL ............................................................................................................................ 10

4.1. DEFINICIÓN ...................................................................................................................................... ........... 10

4.2. EFECTOS ........................................................................................................................................... ........... 11

V. BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................. 11

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I. PRESAS.

1.1. DEFINICIÓN1 En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada de piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo. Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para elevar su nivel con el objetivo de derivarla, mediante canalizaciones de riego, para su aprovechamiento en abastecimiento o regadío, laminación de avenidas (evitar inundaciones aguas abajo de la presa) o para la producción de energía mecánica

1.2. TIPOS DE PRESAS 1.2.1. CLASIFICACIÓN SEGÚN LOS MATERIALES2

La clasificación más comúnmente empleada en el estudio de las distintas soluciones del proyecto se basa en los materiales que se van a utilizar en su construcción. PRESAS DE TIERRA Las presas de tierra son el tipo más común, debido básicamente a que en su construcción se utilizan los materiales en estado natural con un proceso mínimo. Además los requisitos de cimentación para este tipo de presas son menos riguroso que en otros. Las presas de tierra requieren aliviaderos separados de la presa. El principal problema de este tipo es que puede sufrir daños graves o destruirse por la erosión.

PRESAS DE TIERRA HOMOGÉNEAS: Su estructura está formada en su totalidad o en un elevado

porcentaje por un solo tipo de material. Generalmente por material compactado de baja permeabilidad.

PRESAS DE TIERRA ZONIFICADAS: Por lo general, están formadas por un núcleo central de material relativamente impermeable, constituido por algún suelo arcilloso confinado entre dos espaldones de materiales granulares permeables de naturaleza gravo-arenosa.

PRESAS DE ESCOLLERA Las presas de escollera se construyen con rocas de todos los tamaños que aseguran la estabilidad y una pantalla impermeable para darle estanqueidad. La pantalla puede ser una capa de tierra impermeable darle estanquidad. La pantalla puede ser de capa de tierra impermeable en el paramento aguas arriba, una losa de hormigón con una lámina de hormigón asfaltico, planchas metálicas u otros, puede estar construido por un núcleo de material impermeable.

PRESAS DE GRAVEDAD DE HORMIGÓN Este tipo es la mejor solución en puntos donde exista una cimentación en roca suficientemente buena aunque si la presa es de poca altura puede cimentarse sobre terrenos aluviales con tal que se construya una pantalla. Pueden tener aliviaderos de coronación, se usan a menudo como aliviaderos de presas de escollera y de tierra o como vertedero de una presa de derivación.

1 Diseño de pequeñas presas – Eduardo Martínez 2 Diseño de pequeñas presas – Eduardo Martínez, Página 75-77

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PRESAS ARCO DE HORMIGÓN Es la indicada para lugares en los que la relación de ancho entre estribos respecto a la altura no sea grande y donde los estribos sean de roca capaz de resistir el empuje de los arcos. La presa de arco simple se desarrolla a lo largo de un cañón como estructura única. Este diseño es especializado y se recomienda el libro “diseño de presas arco del bureau of reclamation”.

PRESAS DE CONTRAFUERTES DE HORMIGÓN Pueden ser de pantalla y arcos múltiples. Requieren un 60% menos de hormigón que las presas de gravedad, pero el incremento de encofrado y las armaduras sobrepasan en muchos casos el ahorro del hormigón, se construyeron muchos en EE.UU. desde el año 1930.

II. CANTERA

2.1. DEFINICIÓN Es el lugar donde se extraen materiales de construcción, excluyendo la extracción de minerales propiamente dichos. Las canteras son la fuente principal de materiales pétreos los cuales se constituyen en uno de los insumos fundamentales en el sector de la construcción de obras civiles, estructuras, vías, presas y embalses, entre otros. La cantera puede contener roca estratificada o roca blanda (caliza, arenisca) que liberan un polvo fino.

2.2. CLASIFICACIÓN3

2.2.1. CANTERAS A CIELO ABIERTO Se desarrollan en la superficie del terreno, a diferencia de las subterráneas, que se desarrollan bajo ella, que explotan materiales que no requieren una concentración posterior, sino, como mucho, una trituración o clasificación por tamaños. Los materiales obtenidos en canteras son los áridos, las rocas industriales y las rocas ornamentales.

2.2.2. CANTERAS SUBTERRÁNEAS Es aquella explotación que se desarrolla por debajo de la superficie del terreno. A estas canteras subterráneas se les conoce como el tipo fossae: explotación en galerías con grandes salas para un mayor beneficio de las masas rocosas. La recolección de datos y su adecuado estudio determinaran los parámetros requeridos para definir los métodos de explotación.

3 http://es.wikipedia.org/wiki/Mina_a_cielo_abierto

2.2.3. CANTERAS ALUVIALES Estas canteras son las de formación de aluviones, llamados también canteras fluviales, en las cuales los ríos como agentes naturales de erosión, trasportan durante las rocas aprovechando su energía cinética para depositarlas en zonas de menor potencialidad formando grandes depósitos de estos materiales entre los cuales se encuentran desde cantos rodados y gravas hasta arena, limos y arcillas, la dinámica propia de las corrientes de agua permite que aparentemente estas canteras tengan ciclos de autoabastecimiento, lo cual implica una explotación económica, pero de gran afectación a los cuerpos de agua y a su dinámica natural.

2.2.4. CANTERAS DE ROCA. Otro tipo de canteras son las denominadas de roca , más conocidas como canteras de peña, las cuales tienen su origen en la formación geológica de una zona determinada, donde pueden ser sedimentarias, ígneas o metamórficas, estas canteras por su condición estática, no presentan esa característica de autoabastecimiento lo cual hace fuentes limitadas de materiales Las canteras de peña están ubicadas en formaciones rocosas, montañas, con materiales de menor dureza, estas canteras se explotan haciendo cortes o excavaciones en los depósitos.

III. EXPLOTACIÓN DE CANTERAS Dentro de las actividades propias de la extracción de materia prima de una cantera, hay que considerar que esta se realiza por medio de métodos mecánicos, con la ayuda de cierto tipo de maquinaria diseñada para este fin. Actualmente se cuenta con una diversidad de equipo de última tecnología, encargado de realizar este tipo de labores, de las cuales describiremos a continuación y brevemente algunas funciones de las mismas:

3.1. MAQUINARIAS A USAR

EXCAVADORA Tiene como objetivo primordial el cargar material suelto de la cantera o del centro de acopio a cada uno de los vehículos destinados para trasladar este material. También se usa en Arranque de material en banco y la utilización de un martillo hidráulico para quebrar piedras de gran tamaño.

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CARGADORA SOBRE RUEDAS Objetivo primordial el cargar material de la Cantera. En algunas oportunidades y según sea el tipo de actividad a desempeñar esta es utilizada para colocar en un patio de acopio las piedras sobre tamaño que resultan de las voladuras primarias realizadas en la cantera.

TRACTOR SOBRE ORUGAS Esta máquina se puede considerar como la herramienta principal de la operación de una cantera, ya que es la maquina encargada de arrancar por medio de un desgarrador todo el material de la cantera, que luego con la ayuda de las otras máquinas mencionadas anteriormente, será cargado y trasladado a los centros.

MARTILLO HIDRÁULICO Esta es una herramienta que se puede acoplar a una cargadora o en su defecto a una excavadora, la cual se utiliza primordialmente para quebrar piedras cuyas dimensiones no son las adecuadas para ser alimentadas a una trituradora. Con este martillo y mediante una serie de golpes transmitidos a través de una punta se logra quebrar la piedra y reducirla al tamaño que se desea o solicita.

PERFORADORA NEUMÁTICA (DRIL) Se utiliza exclusivamente en la perforación de agujeros en un área destinada a ser volada con la ayuda de explosivos. La ubicación de estos agujeros sigue el patrón estipulado por el diseño de la voladura, lo cual determina también la profundidad a la cual deben llegar los mismos. Este tipo de máquinas pueden perforar diámetros de 2 1/2" hasta las 5", los cuales después de realizados son cargados con explosivos, que por medio de un iniciador de alta potencia son activados, generando energías que dan como resultado que el material se pulverice.

CAMIÓN MIELERO Esta es la unidad es la encargada de realizar todos los abastecimientos de combustible y lubricantes que necesitan las máquinas para su correcto funcionamiento. Periódicamente y como parte de sus actividades está el brindar mantenimientos preventivos a cada uno de los equipos.

PLANTAS MÓVILES DE TRITURACIÓN Plantas Móviles de Trituración ofrece las nuevas oportunidades de negocio para los contratistas, los operadores de cantera, el reciclado y la minería etc. Se ofrece un perfecto plan de proyecto sin contaminar el medio ambiente con alta eficiencia y bajo costo.

CAMIONES DUMPER Se denomina Camión Dúmper al vehículo autopropulsado sobre grandes ruedas, con caja abierta y muy resistente. Se utiliza para transporte de grandes volúmenes de acarreo de tierra o roca. A diferencia del Camión Volquete, el bastidor, motor y caja de carga se diseñan conjuntamente y forman una unidad completa e indivisible. Transporta en torno a 180 Tm. Supera importantes pendientes y la carga se realiza por medios externos.

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3.2. MODOS DE EXPLOTACIÓN

3.2.1. EXPLOTACIÓN DE CANTERAS SIN USO DE EXPLOSIVOS La técnica de explotación de roca sin hacer uso de explosivos, permite obtener fragmentos de geometría bien definida que son muy útiles como material ornamental. Los métodos de arranque de los bloques de roca sin utilizar explosivos, derivan de principios elementales para los cuales se han fabricado maquinarias o sistemas que reproducen en gran escala operaciones manuales sencillas como por ejemplo: excavación con el pico, labor con remoción de viruta, escarificación, perforación de huecos con taladro, etc. A veces los métodos son completamente originales: antiguos como las técnicas de cortes de mármoles o modernos como el uso de sustancias químicas fuertemente expansivas para lograr la fracturación de rocas en casos particulares. En este curso se examinaran algunas técnicas que se pueden adoptar en explotaciones a cielo abierto. Un proyecto de explotación de rocas ornamentales tiene las siguientes etapas de estudio:

Prospección geológica.

Estudio geomecánico de las formaciones geológicas.

Elección del método de explotación

Elección de las medidas de arranque de las formaciones de cobertura y de las mineralizadas.

Proyecto para la instalación de la planta de trituración y producción de áridos.

Proyecto de la planta mineralúrgica y estudios de mercado.

En función a las características morfológicas del terreno la explotación a cielo abierto puede realizarse de la siguiente manera:

Frente único

Frente en anfiteatro con escalones

Frente abierto con escalones

Exportación con descubrimiento

FRENTE ÚNICO. Este tipo de cantera está constituida de un solo nivel de operación, donde son excavados los materiales de cobertura de forma continua y laminar. La máxima altura del escalón y la inclinación del frente dependen del tipo de roca del yacimiento. Las alturas normales varían entre tres y siete metros, pasando de roca débil a roca moderadamente resistente; en algunas ocasiones la altura máxima puede alcanzar hasta 20 m, como es el caso de la explotación de los suelos lateríticos existentes en los cerros de Durán. Las canteras más explotadas utilizando este método son los yacimientos de arena de río y graveras aluviales, arcillas con cobertura de suelo orgánico muy limitada y otros yacimientos ubicados cerca de la superficie. La siguiente figura es una representación de este tipo de explotación.

Fig.1 Explotación de roca utilizando frente único

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FRENTE EN ANFITEATRO CON ESCALONES. Un frente de escalones múltiples es típico de depósitos masivos, estratiformes muy potentes, tabulares o filones anchos que se extienden a profundidades mayores que las típicas del escalón único. Este tipo de explotación se utiliza en yacimientos minerales de cobre, hierro, aluminio, etc. El material sujeto al corte es suficientemente fuerte para permitir la apertura de escalones con altura conveniente y sin el uso de explosivos. Generalmente las rocas se encuentran meteorizadas o semiconsolidadas facilitando el arranque con el método de ripiaje. La altura de los escalones puede variar desde 6 hasta 20 metros. Dicha altura dependerá del estado del material y de la capacidad de la maquinaria. Los escalones son utilizados para el desplazamiento de las máquinas y el trasporte vehicular. El trazado de los escalones sigue las normas aplicadas para caminos y pueden tener un segmento continuo y ascendente formando una espiral alrededor del yacimiento o en tramos horizontales unidos con rampas inclinadas. La altura del escalón es determinada en función de la seguridad del trabajo, cuidando la protección de trabajadores y maquinaria del riesgo por derrumbes. El frente del escalón es generalmente más inclinado que el frente de la cantera porque la roca puede mantenerse estable con pendiente tanto mayor cuanto menor es la altura del talud.

Fig.2 Frente en anfiteatro con escalones

FRENTE ABIERTO CON ESCALONES. Este tipo de excavación se realiza para la explotación de depósitos de minerales y rocas ornamentales cuyo valor radica en el tipo de roca, características mecánicas y vista del producto terminado, como por ejemplo las rocas tipo mármol, granito, esquistos, etc. Las canteras de explotación de rocas ornamentales tienen normalmente escalones con frentes verticales y la altura del frente de la cantera es muy alta, por lo que se necesita que la masa rocosa sea notablemente compacta. La roca generalmente es desprendida con máquinas cortantes y sin emplear explosivos, con la finalidad de no dañar sus características físicas. La altura del escalón puede alcanzar hasta 60 metros, siendo la producción estrictamente selectiva y en cantidades limitadas.

Fig. 3 Frente Abierto con escalones

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3.2.2. EXPLOTACIÓN CON DESCUBRIMIENTO. Es utilizada en yacimientos casi horizontales y de gran extensión con cobertura donde el espesor puede superar muchas veces el espesor del material útil, así como también en yacimientos cuya morfología condiciona este tipo de explotación. Para este tipo de explotación se puede emplear maquinaria de excavación que posea herramientas rasgadoras que facilite quitar la cobertura o la materia de explotación. En este tipo de cantera aparece un problema de carácter ambiental y que tiene relación del manejo del material extraído durante la exacción y que no es útil para el propietario.

Fig. 4 Explotación con descubrimiento (strip mining)

3.2.3. ARRANQUE DE ROCAS POR MEDIO DEL RIPIAJE El arranque de las rocas con ripper es el único que presenta una buena alternativa con respecto al arranque con explosivos. El método es aplicable en rocas suaves hasta resistentes. Los parámetros naturales que ayudan la selección del método tienen que ver con el grado de meteorización y fracturación de las masas rocosas. El ripper es un aditamento que viene incorporado a los tractores de oruga en su parte posterior y que conceptualmente tiene la función del antiguo arado pero con la robustez que le permite desgarrar la roca. El arranque actúa aflojando la roca hasta una cierta profundidad y luego evacuando la roca desgarrada utilizando la parte frontal del buldózer, palas cargadoras, palas frontales, etc. La profundidad del surco desarrollado por el ripper depende de la resistencia del material, fuerza de arrastre del buldózer y dureza de la herramienta de corte. El utensilio de corte llamado diente es de acero de buena calidad de fabricación y tiene en la parte inferior una parte que se puede sustituir la misma que es protegida con una aleación metálica especial para hacerla más resistente al desgaste. El diente es conectado a un tractor de gran potencia. Para el arranque de rocas débiles se pueden utilizar sistemas con más dientes puestos en paralelo optimizando la operación de remoción del material.

Dientes de acero utilizados en tractores para explotación de cantera

Los siguientes valores indican algunos valores sobre el uso de los ripper: Profundidad alcanzada por el diente 0,5 – 1,5 m Tracción aplicada al diente 10 - 50 t Velocidad de trabajo del tractor 2 - 4 Km./h

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IV. IMPACTO AMBIENTAL

4.1. DEFINICIÓN

Una cantera es una mina a cielo abierto de la cual se extraen grandes bloques de piedra, los cuales son triturados y remolcados. Normalmente una cantera es usada por un tiempo determinado, después del cual se deja llenar con agua subterránea, y toda el área es restaurada para crear un hábitat de vida salvaje y recreación natural. Estas canteras abarcan la extracción de áridos de construcción y rocas ornamentales. Se caracteriza por la creación de un fuerte impacto al medio debido a que en la mayoría de las empresas no prestan la debida atención a dicha actividad. De aquí la necesidad de conocer los diferentes aspectos necesarios para la correcta explotación de una cantera. Estas influencias van transformando el paisaje y provocan el empeoramiento cualitativo o cuantitativo de los recursos y el origen o desarrollo de procesos dañinos o degradantes. En general, las mismas, se consideran como impactos ambientales, y su significado y carácter se estudian mediante el esclarecimiento de su origen, temporalidad, dinámica y distribución espacial, de forma que el territorio queda evaluado en función de la concentración de las mismas. Dentro de los impactos ambientales derivados del desarrollo de la explotación de canteras de materiales de construcción se encuentran:

Alteraciones del suelo y modificación de sus propiedades. Destrucción de la flora y la fauna. Pérdida de la biodiversidad Alteraciones en las aguas superficiales (alteración de los ríos, drenajes

superficiales, contaminación física y química de las aguas superficiales) Alteraciones en las aguas subterráneas (depresión del nivel freático, contaminación química

del acuífero). Impactos sobre los riesgos geológicos (aumento del riesgo de desprendimientos o

deslizamientos) Cambios geomorfológicos y del paisaje ( modificación del relieve, alteración del color, rotura

de la cuenca visual, introducción de formas extrañas, focalización de las percepción en la cantera en detrimento de otros puntos)

Alteraciones en la atmósfera (emisión de polvo, ruido y vibraciones) Impactos sobre el medio socio-económico(limitación en los usos del suelo, destrucción de

recursos culturales, impactos sobre las vías de comunicación) Motivado fundamentalmente por:

o No inclusión en los proyectos de explotación de la dimensión ambiental o El sistema de explotación utilizado no lleva implícito las variantes de restauración. o Insuficiente formación ambiental por parte de los obreros, técnicos y directivos de

esta empresa.

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4.2. EFECTOS PAISAJE La extracción en cantera tiene un efecto significativo en muchos paisajes. Los efectos de la minería son evaluados antes de elegir el lugar de una cantera. La remoción de elementos del paisaje como árboles, elevaciones y vegetación puede tener un efecto dominó en el entorno inmediato. Si hay demasiada remoción sin restauración, el suelo y la roca de fondo próximos se erosionarán. La erosión puede producir depresiones del suelo llamados sumideros, típicos de las canteras de piedra caliza. EFECTOS ECOLÓGICOS Y BIOLÓGICOS El principal efecto negativo de la extracción en cantera es la pérdida del hábitat y las especies que lo habitaban. Los hábitats no sólo se destruyen por la remoción directa, sino que también pueden ser alterados o destruidos por polvo excesivo, filtraciones acuáticas, erosión del suelo y el ruido causado por las canteras. La evaluación apropiada de los sitios para canteras reduce o elimina el efecto sobre el hábitat. La restauración apropiada del sitio después que se ha completado la minería puede ayudar a restaurar o crear un hábitat. EFECTO GEOLÓGICO A veces el efecto geológico de las canteras puede resultar bastante informativo. Normalmente los humanos sólo pueden ver capas de historia geológica en áreas naturalmente erosionadas por el agua o viento. En una cantera donde la piedra se remueve del suelo, los geólogos pueden estudiar las capas expuestas por la minería. Si los mineros trabajan conjuntamente con los científicos y las comunidades, los efectos geológicos de la extracción en cantera pueden ser útiles. Al restaurar estos paisajes, la información geológica recogida es tenida en cuenta para beneficiar generaciones futuras. AIRE Y RUIDO El efecto visual que las canteras tienen en el ambiente no es el más criticado, sino que es el ruido lo que presenta más quejas. La explosión es una técnica común usada por los mineros para aflojar la piedra para la extracción. La explosión se lleva a cabo mediante poderosos explosivos y tiene un impacto en el ambiente próximo. El ruido y vibración son molestos para los residentes del área y puede ser perjudicial para la vida salvaje. La explosión también suelta una gran cantidad de polvo y humo hacia el aire, la cual aumenta la polución del aire y también se deposita en el área circundante.

V. BIBLIOGRAFÍA

Alteración de la integridad de los sistemas acuáticos: Las Presas (MASTER EN ECOLOGÍA)

Explotación de Canteras – Empresa de Explotación de Canteras España. NORMA TÉCNICA PERUANA 2001NTP 400.010 – INDECOPI. Reglamento Nacional de Edificaciones E-050 Suelos y Cimentaciones. Explotación de Canteras – TARMAC. Diseño de pequeñas presas – Eduardo Martínez