Clase 03 - Explotación de Canteras

CONSTRUCCIONES ESPECIALES

EXPLOTACION DE CANTERAS

PIEDRA CALIZA

ARENA DE SILICE

MARMOL

GRANITO

ARCILLA

AFIRMADO

Unidad N° 02 MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXPLOTACION DE CANTERAS

CLASE 03

Logro del curso

• “El alumno se familiarizará en base a un importante nivel de autoestudio, en las técnicas y procedimientos constructivos más actuales asociados a los proyectos de construcción, poniendo especial énfasis a temas como movimientos de tierra, cimentaciones especiales y otros.”

Agenda

• Introducción– Canteras.- Definición, tipos y selección.– Uso de explosivos en cantera de roca– Equipos utilizados en la explotación de canteras

Logro de la Clase

• “El alumno al finalizar la clase deberá tener los conocimientos básicos del concepto de la explotación de canteras, de los equipos utilizados y del uso de explosivos en estos trabajos.”

Canteras, definiciones

• Se denomina cantera a los lugares de donde se extraen los materiales para la construcción, estos son en mayoría minerales.

• Por tratarse de minerales se considera que una cantera es una explotación de minerales y esta es a tajo abierto.

Canteras, definiciones

Tipo de canteras:• Roca fija• Roca Suelta• Conglomerado (Hormigón, canto rodado,

arena)• Arcilla• Otros

1) TECNICOS2) ECONOMICOS

Siempre ambos criterios deben interrelacionarse.

Criterios de selección de canteras

Criterios de selección de canteras: Criterios Técnicos

a) Uso o destino del material b) Tamaño de los materiales c) Granulometría d) Dureza e) Resistencia a la abrasión f) Límite plástico g) Límite Líquido h) Impurezas

Criterios de selección de canteras: Criterios Económicos

• a) Potencia de la cantera.• b) Distancia a los lugares de empleo.• c) Accesos.• d) Necesidad del empleo de explosivos.• e) Equipos necesarios especiales.

Fases de Explotación• Estudios en base a criterios anotados.• Construcción de los caminos de accesos.• Desbroce y Limpieza.• Remoción de materiales (Procesos de Explotación.• Clasificación de los materiales (chancado, zarandeo y otros).• Carguío y Transporte.• Nota: Puede incluir una fase de carguío,

nuevas operaciones de voladura y lavado del material.

Equipos que se utilizan para explotación de canteras

• Perforadoras.- En las perforaciones de rocas debe tenerse en cuenta el tipo de obra, (carreteras, túneles, presas, etc). Además saber realizar la voladura para obtener los resultados deseados.

• Perforación y voladura en bancos es una de las partes más importantes en la ingeniería civil, para obtener materiales de préstamo en carreteras, presas de roca – tierra y agregados para el concreto.

• Escoger el tipo de equipo y el método de trabajo a emplear se basa en experiencias pasadas.

• La perforación se basa en principios mecánicos de rotación y percusión de herramientas de corte que causan efectos de golpe y fricción en la roca, produciéndose así fragmentación y trituración.


• La perforación se puede efectuar de tres maneras:

- Percusión por efecto de golpe y corte (como martillo y cincel).

- Por percusión y rotación.- el resultado del golpe, corte y giro (perforadores neumáticos).

- Por rotación con efecto de corte y presión ( no hay golpe sino empuje). https://www.youtube.com/watch?v=mz0r0jxJRxs


Equipo a utilizarse

Equipos de perforación

Manuales: Perforadores de mano Perforadores sobre ruedas (wagon drill) Mecánicas: Perforadores sobre carriles u orugas (track drill)

Perforadora manual

Perforadoras mecánicas

• Pueden ser neumáticas o hidráulicas, remolcables o autopropulsadas y se pueden desplazar sobre orugas o llantas.

• Los perforadores rotopercutivos, estos equipos son de impacto de una pieza de acero (pistón) que golpea a un elemento que a su vez transmite la energía al fondo del barreno por medio de un elemento final (broca).

• Dependiendo de la ubicación del martillo estos equipos se clasifican en:

- Martillos en cabeza y en martillos de fondo. Como todos los equipos tiene ventajas y

desventajas. La experiencia es muy importante para poder

escoger que equipo de perforación, es el más rendidor para la clase de obra que vas a ejecutar.

Perforadoras mecánicas

Perforadora mecánica

Equipos de Clasificación (chancadoras, alimentadoras, zarandas y máquinas lavadoras).

Chancadoras (trituradoras)

• En una planta o en obra este equipo de trituración necesita equipos alimentadores y clasificadores.

• En el proceso de trituración se debe tener en cuenta la forma de alimentar el material que se va a procesar, puede ser a una trituradora, a una banda transportadora, a un volquete, todo depende de la forma que se diseñe la planta.

• Debe lograrse el flujo continuo para tener una buena producción, existen varios tipos de alimentadores.

• ¿Qué es un alimentador? El alimentador es un dispositivo mecánico

para suministrar o abastecer con materiales a máquinas o depósitos.


Tipo de alimentadores

- Alimentadores de zapatas (apron feeders).- Alimentadores vibratorios (vibrating feeders).- Alimentadores de vaivén (plate feeders).

• Los tipos de alimentadores, tienen ventajas y desventajas, es necesario saber escoger o fabricarlos de acuerdo al material y al diseño de la distribución de la planta trituradora.


https://www.youtube.com/watch?v=Tju3FL2BlUY




https://www.youtube.com/watch?v=LRLLl7l9jf0




• En una planta de trituración, este equipo es el que reduce de tamaño el material.

• El proceso consiste en quebrar el material por la acción de una fuerza de compresión o impacto, aplicada a través del movimiento periódico de aproximación y alejamiento de una superficie de trituración móvil y otra superficie fija o de un movimiento giratorio de una o más masas.

• Las chancadoras se clasifican en primaria, secundaria, terciaria y así consecutivamente de acuerdo al tamaño del material terminado.

• Otra clasificación es de acuerdo a la posición del eje, horizontal vertical con dos ejes, y otras o según el sistema que se emplee para romper o quebrar el material.

• https://www.youtube.com/watch?v=Sz6V2sH36Yc


https://www.youtube.com/watch?v=Sz6V2sH36Yc

https://www.youtube.com/watch?v=Sz6V2sH36Yc

Chancadoras

Trituradora de mandíbulas

Trituradora de cono

Trituradora de impacto

Trituradora de rodillo

https://www.youtube.com/watch?v=TIL17rGuZwY

Sizer (trituradoras)




Clasificadores

• El proceso de clasificación, zarandeo o cribado, es el siguiente:

- Se clasifica por efecto de la gravedad.- Las partículas pequeñas por el movimiento

vibratorio se filtran entre las más grandes.- Al final por el mismo movimiento vibratorio o

giratorio el material más grande se desplaza a lo largo dela malla.

Tipos de clasificadoras

1- Zarandas Vibratorias.2- Giratorios o de tambor.3- De tornillo sin fin.4- Ruedas decantadoras.

Figura de Zaranda Vibratoria

Zaranda Vibratoria

Zaranda Giratoria

https://www.youtube.com/watch?v=FUv5GLaDVj0

Zaranda de tambor




Zaranda de materiales finos

Zaranda de materiales gruesos

Zaranda con tornillo sin fin

Zaranda de Tornillo

Clasificadora de tornillo sin fin

Ruedas decantadoras

Lavadora de arena con ruedas decantadoras

Rueda decantadora

Alimentador

Zaranda + Clasificadora + Rotativa

- Grupos electrógenos- Equipos de remoción- Equipos de acarreo- Compresoras- Fajas transportadoras

Equipos Auxiliares

Grupos electrógenos

Equipos para remoción (tractores con ripper)

Equipos de carguío (cargadores frontales)

Compresora

CompresoraCompresora

Compresoras en línea

Fajas transportadoras

CANTERAS SEGÚN SU USO

Uso directo

De Roca

USO DE EXPLOSIVOS

Canteras de uso directo

• Arcilla • Conglomerado (para caminos-plataformas)• Arena ( para agregar en concreto)Equipo básico en canteras de uso directo - Carguio: Cargadores frontales, retroex- cavadoras) - Transporte: Volquetes

Canteras de Roca

• Producción de piedra para concreto.• Producción de piedra para espigones o

rompeolas.• Producción de piedra para represas.

USO DE EXPLOSIVOS• Explosivos Violentos.- Son compuestos químicos plásticos o

líquidos que presentan una descomposición en forma casi instantánea por una acción externa. (Detonación).

En la detonación se genera una reacción química exotérmica, transformada en gases y vapor de agua.

La velocidad de la Onda es más 4000m/seg, la temperatura de 2500°C 5000°C y presiones de 2500 atmósferas.

COMO ES EL PROCESO DE DETONACIÓN

1ra FASE - INICIACIÓN

Creando la “onda de detonación o de choque”

Explosivo Secundario (Rompedor)

Explosivo Primario (Iniciador)Inicia la reacción.

2da FASE- DETONACIÓNSe inicia la transformación de sólidos a gases

Zona de Reacción

Frente de choque

Plano Chapman-Jouguet

Zona de Productos de Reacción Explosivo aún no alterado

Prevalece el efecto de impacto (Brisance) por acción de la onda de choque, que se transfiere al medio circundante produciendo la “presión de detonación” y “presión de taladro” (trituración de la roca).

3ra FASE - EXPLOSIÓN

Prevalece el efecto de empuje (Fuerza) por efecto de los gases calientes en expansión. (Desplazamiento de la roca triturada).

Productos de la detonaciónmayormente gases estables

CLASIFICACIÓN

• POR SU POTENCIA• POR SU COMPOSICIÓN• POR SU CONSISTENCIA

POTENCIA: -Primarios: Elevada potencia y sensibilidad, se usan

como cebos o iniciadores. -Secundarios: Tipo comercial standard, usados en la

explotación de gran escala.

COMPOSICIÓN

Simples: Un solo compuesto químico, homogéneo, explosivo detonante propiamente dicho, nitroglicerina.

Mezclados: Mezcla interna, homogénea y balanceada de elementos que en si mismos no son explosivos. Pólvora, Nitrato de Amonio.

Compuestos: Mezcla mecánica simple + reactivos químicos: Tretilo + Nitrato de Amonio.

-Plásticos: se adaptan a las forma de barras, son resistentes al agua.-Sólidos : En cartuchos o en material granular en paquetes, son menos resistentes al agua.

CONSISTENCIA

ELECCIÓN DEL TIPO DE EXPLOSIVO

• Fragmentación a obtener.• Densidad del explosivo por m3 de roca a

obtener.• Costo unitario de barrenación. Nota: En cantera se usan explosivos con

buenas propiedades de fragmentación.FORMAS DE EXPLOTAR UNA CANTERA- Calambuco- Coyotes- Barrenos individuales- Otros

PROCESOS DE FRACTURACIÓN

Interacción de las ondas de compresión y de tensión en cargas explosivas simples en superficie.A- UNA SOLA CARA LIBREB- CON DOS CARAS LIBRES Efectos: En la roca volada:1- Roca volatilizada2- Roca con fragmentación menuda

PROCESOS DE FRACTURACIÓN

3- Roca con fragmentación gruesa y con proyección hacia arriba. En el Cráter: A- Zona muy fracturada, debilitada. B- Zona de Fisuras C- Zona de deformación plástica, ya sin agrietamiento.

roca

A- CON UNA SOLA CARA LIBRE

3

2

1

CBA

roca

B-CON DOS CARAS LIBRES

Ondas de tensión de la cara libre frontal

Ondas de tensión de la cara libre superior

Car

a li

bre

fron

tal

3

2

1

CBA

Bench Heigth

Spacing

Burden

CANTERA (BANCO)

CANTERA (BANCO)

DIAGRAMA DEL BARRENO

V

K-2V

0.3 V

V

K

V

Carga deColumna

lp

Carga deFondo

lb

V: Separación frontal

K: Altura del frente del banco

A.-VOLADURA EN SUPERFICIE

• Existen numerosos procedimientos para efectuar el cálculo de los parámetros fundamentales de voladura (malla, factor de carga, longitud de taladros, etc.) por lo que en este caso solo presentamos algunos principios que puedan servir como guía para el diseño de una voladura, basándonos mayormente en el diámetro de perforación que permite trabajar el equipo del que dispone el usuario.

• Debemos tener en cuenta que la voladura de banco y la subterránea mantienen los mismos criterios, ya que fundamentalmente buscan los mismos resultados, y que finalmente una vez creada la cavidad de arranque en un frontón subterráneo este se convierte en un banco anular.

A.-VOLADURA EN SUPERFICIE

La voladura en superficie comprende a: • Bancos de canteras y tajos abiertos,

excavaciones, zanjas.• Corte de taludes a media ladera.• Obras viales.• Voladuras en agricultura.• Casos especiales como la voladura

secundaria y los trabajos de Smooth Blasting ( recorte o pre-corte), pero…

• Fundamentalmente se concretan a bancos.

VOLADURA EN SUPERFICIE

Explotación de canteras de roca con explosivos en bancos(uso de nomogramas)

2A

2B

Líne

a de

l pro

blem

a “A

”

Líne

a de

l pro

blem

a “B

”

Líne

a pr

inci

pal

NOMOGRAMA 1a Líneas principales

(Propiamente el Nomograma)Nomograma 1a

Ejemplo:Calcular la máxima separación frontal

Altura del Banco K= 6.00 mts Diámetro Barreno d = 32 mm Grado de Atacado p = 1.25 (con máquina) Dinamita 35% s = 1.00 Espacio entre barrenos E = 1.3 V Inclinación 2a1 Resistencia Específica Roca S = 0.4

Ruta en Nomograma 1a(a, b, c, d, e, f, g) V max = 1.65 m

(Propiamente el Nomograma)Nomograma 1a

Determinar la carga de FONDO, para los mismos datos del ejemplo. Ruta: Partiendo de V max = 1.65 mts Del NOMOGRAMA 1A RUTA (g, f, e, d, c,b, a) FONDO DE CARGA: lb = 1.25 kg/m De la Geometría del barreno por lo tanto lb = V + 0.3V = 1.3V lb = 1.3 x 1.65 = 2.145 mt

Qf = CARGA DE FONDO = 1.25 x 2.145 = 2.68 kg

Determinar la carga de COLUMNA, para los mismos datos del ejemplo Ruta: Partiendo de V max = 1.65 mts RUTA (g, f*, d’,c’) NOTA * Se pasa de frente sin regresar a la línea punteada (en la linea de la inclinación del barreno). CARGA DE COLUMNA: lp = 0.54 kg/m De la Geometría del barreno por lo tanto lp = K – 2V lp = 6.00 – 2 x 1.65 = 2.70 mt

Qc= CARGA DE COLUMNA = 0.54 x 2.70= 1.46 kg

Qf = CARGA TOTAL = Qf + Qc = 2.68 + 1.46 = 4.14 Kg

CARGA ESPECIFICA q = Q/V = 4.14/21.23 = 0.19 Kg/m3

CALCULO DE CARGA ESPECIFICA Volumen = K x V x E = K x V x 1.3V = 1.3KV2 = 6 x 1.3 x 1.652

Volumen = 21.23 m3

Clase 03 - Explotación de Canteras

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