Cap.5 prospeccion - explotacion de canteras

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de INGENIERÍA
Escuela Académico Profesional de INGENIERÍA HIDRÁULICA
Curso:GEOLOGIA APLICADA
CAPITULO V:
PROSPECCIÓN EVALUACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE CANTERAS
Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes wmorales@unc.edu.pe

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.

• 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 la
superficie y se han enfriado
lenta o violentamente en
ella, a través de las
erupciones volcánicas, entre
las principales tenemos:
- Andesita, basalto, riolita y
la traquita
ROCAS IGNEAS EXTRUSIVAS

ROCAS IGNEAS INTRUSIVA
Son aquellas que se enfriaron y se solidificaron a grandes
profundidades y presiones, algunas veces afloran en grandes
masas debido a movimientos de la corteza terrestre y por
los procesos de erosión. Se caracteriza por que su grano es
muy pequeño. Entre las principales tenemos:
- Granito, sienita, diorita y el gabro

ROCAS IGNEAS FILONEANAS (HIPOABISALES)
Son aquellas que ocupan un espacio
intermedio entre las extrusivas y las
intrusivas, por eso tienen una estructura
parcialmente cristalina, estas rocas se
presentan en forma de mantos.

Son el resultado de la
meteorización de las rocas pre
existentes. Los
restos meteorizados de la roca
son transportados
constantemente por la acción
de los rios, viento, olas y hielo y
luego son depositados en
lugares como lagos, valles de
río, mares etc.
Las rocas sedimentarias suelen
encontrarse en capas o estratos,
por su resistencia mecánica las
más empleadas son:
- Piedra caliza. - Dolomita.
ROCAS SEDIMENTARIAS

ROCAS METAMORFICAS
Las rocas ígneas y
sedimentarias pueden
rehacerse, y convertirse en
rocas metamórficas. Hasta las
rocas metamórficas pueden
sufrir metamorfosis y
convertirse en otro tipo de
roca metamórfica.
FACTORES PRINCIPALES
PRESION – TEMPERATURA Y
FLUIDOS

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.

CIMENTACION
USOS

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

¿QUE ES UNA CANTERA?
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,

• 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

EVALUACIÓN DE YACIMIENTOS Y RESERVAS
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 se
limita la altura pero sí la pendiente máxima de trabajo (25%)
. Plataformas de trabajo: Deben permitir el movimiento sin riesgo de
máquinas y personal. Suficientes para giro de volquetes
• Bermas: Si la altura del paquete es superior al talud máximo permitido. En
operación su altura será al menos la de la plataforma de trabajo. En situación
final 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 la
gravera. La restauración debe ser simultánea con la explotación.

La base de cualquier proyecto es la planificación de las actividades a realizar. Así, en
Investigación no metálica para materiales de construccion, se suele subdividir el trabajo en
tres etapas claramente diferenciadas, de forma que solamente se aborda la siguiente en
caso de que la anterior haya cumplido satisfactoriamente los objetivos previstos. Pueden
recibir 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 resultados
previstos se realiza un estudio de viabilidad económica.

EVALUACION DE YACIMIENTOS Y RESERVAS
Preexploración: Tiene por objeto determinar si una zona
concreta, normalmente de gran extensión, presenta
posibilidades de que exista un tipo determinado de cantera.
Esto se establece en función de la información de que
disponemos sobre esa cantera, sobre la geología de la zona
de estudio. Suele ser un trabajo fundamentalmente de
gabinete, en el que contaremos con el apoyo de información
bibliográfica, mapas, fotos aéreas, imágenes de satélite, etc.,
aunque puede incluir alguna salida al campo para reconocer
las zonas de mayor interés.

EVALUACION DE YACIMIENTOS Y RESERVAS
Exploración: Una vez superada
satisfactoriamente la anterior, las
posibilidades de la zona estudiada,
se pasa al estudio sobre el terreno.
En esta fase aplicaremos las diversas
técnicas disponibles para llevar a
cabo de forma lo más completo
posible el trabajo, dentro de las
posibilidades presupuestarias del
mismo. Su objeto final debe ser
corroborar o descartar la hipótesis
inicial de existencia de un deposito
del tipo prospectado de acuerdo a
nuestras necesidades.

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

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).
caliza Docente: 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.

¿Qué son los áridos? O agregados
• 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 de
todas dimensiones.

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.

Agregados
• 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)

Clasificación según tamaño.
Según el tamaño de las partículas que lo
componen, se clasifican de acuerdo al siguiente
criterio:
• Grava : Árido cuyas partículas tienen tamaños
comprendidos entre 20 y 40 mm, con las tolerancias
dadas en las especificaciones tecnicas
• Gravilla : Árido cuyas partículas tienen tamaños
comprendidos entre 5 y 20 mm, con las tolerancias
dadas en las ET.
• Arena : Árido cuyas partículas tienen tamaños
comprendidos entre 0.16 y 5 mm, con las tolerancias
dadas en las ET.

Clasificación según textura superficial de las partículas.
• 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.

Adecuabilidad
• 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.

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

LOS PILARES BÁSICOS EN PRODUCCIÓN
• PRODUCCIÓN
• SEGURIDAD
• CALIDAD
• MEDIO AMBIENTE
• Uno sólo de ellos no es válido, debe buscarse
el equilibrio entre los cuatro factores.

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

CANTERA EL GAVILÁN
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.
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

CANTERA EL GUITARRERO
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 “LA COLLPA I y II”
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 AGOCUCHO
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.

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