3 - explotacion de canteras con explosivos mas carreteras 2013-2.ppt

CANTERAS SEGÚN SU USO

Uso directo

De Roca

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

Canteras de RocaCanteras de Roca

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

rompeolas.rompeolas. Producción de piedra para represas.Producción de piedra para represas.

USO DE EXPLOSIVOSUSO DE EXPLOSIVOS Explosivos Violentos.-Explosivos Violentos.- Son compuestos químicos plásticos o líquidos que Son compuestos químicos plásticos o líquidos que

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

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

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

COMO ES EL PROCESO DE COMO ES EL PROCESO DE DETONACIÓNDETONACIÓN

1ra FASE - INICIACIÓN1ra FASE - INICIACIÓN

Creando la “onda de detonación o de choque”

Explosivo Secundario (Rompedor)

Explosivo Primario (Iniciador)Inicia la reacción.

2da FASE- DETONACIÓN2da 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 - EXPLOSIÓN3ra FASE - EXPLOSIÓNPrevalece el efecto de empuje (Fuerza) por efecto de los gases calientes en expansión. (Desplazamiento de la roca triturada).

Productos de la detonaciónmayormente gases estables

CLASIFICACIÓNCLASIFICACIÓN POR SU POTENCIAPOR SU POTENCIA POR SU COMPOSICIÓNPOR SU COMPOSICIÓN POR SU CONSISTENCIAPOR SU CONSISTENCIA

POTENCIAPOTENCIA:: --PrimariosPrimarios: Elevada potencia y sensibilidad, se usan : Elevada potencia y sensibilidad, se usan

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

explotación de gran escala.explotación de gran escala.

COMPOSICIÓNCOMPOSICIÓN

Simples: un solo compuesto químico, homogéneo, explosivo Simples: un solo compuesto químico, homogéneo, explosivo detonante propiamente dicho, nitroglicerina.detonante propiamente dicho, nitroglicerina.Mezclados: Mezclados: Mezcla interna, homogénea y balanceada de Mezcla interna, homogénea y balanceada de elementos que en si mismos no son explosivos.elementos que en si mismos no son explosivos.Pólvora, Nitrato de Amonio.Pólvora, Nitrato de Amonio.

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

CONSISTENCIA

-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.

ELECCIÓN DEL TIPO DE ELECCIÓN DEL TIPO DE EXPLOSIVOEXPLOSIVO

Fragmentación a obtener.Fragmentación a obtener. Densidad del explosivo por mDensidad del explosivo por m33 de roca a obtener. de roca a obtener. Costo unitario de barrenación.Costo unitario de barrenación. Nota: En cantera se usan explosivos con buenas Nota: En cantera se usan explosivos con buenas

propiedades de fragmentación.propiedades de fragmentación.FORMAS DE EXPLOTAR UNA CANTERAFORMAS DE EXPLOTAR UNA CANTERA- - CalambucoCalambuco- - CoyotesCoyotes- - Barrenos individualesBarrenos individuales- - OtrosOtros

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 menuda3- 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 LIBREA- CON UNA SOLA CARA LIBRE

33

22

11

CCBBAA

roca

B-CON DOS CARAS LIBRESB-CON DOS CARAS LIBRES

Ondas de tensión de la cara libre frontal

Ondas de tensión de la cara libre superior

Car

a lib

re fr

onta

l

33

22

11

CCBBAA

Bench Heigth

Spacing

Burden

CANTERA (BANCO)

CANTERA - BANCO

DIAGRAMA DEL BARRENODIAGRAMA DEL BARRENO

VV

K-2VK-2V

0.3 V0.3 V

VV

KK

VV

Carga deColumna

lp

Carga deFondo

lb

V: Separación V: Separación frontalfrontal

K: Altura del frente K: Altura del frente del bancodel banco

A.-VOLADURA EN SUPERFICIEA.-VOLADURA EN SUPERFICIE

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

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

La voladura en superficie comprende a: bancos de La voladura en superficie comprende a: bancos de canteras y tajos abiertos, excavaciones, zanjas, corte canteras y tajos abiertos, excavaciones, zanjas, corte de taludes a media ladera, obras viales, voladuras en de taludes a media ladera, obras viales, voladuras en agricultura y casos especiales como la voladura agricultura y casos especiales como la voladura secundaria y los trabajos de Smooth Blasting ( recorte secundaria y los trabajos de Smooth Blasting ( recorte o pre-corte), pero fundamentalmente se concretan a o pre-corte), pero fundamentalmente se concretan a bancos.bancos.

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

2A2A

2B2B

Líne

a de

l pro

blem

a “A

”

Líne

a de

l pro

blem

a “A

”

Líne

a de

l pro

blem

a “B

”

Líne

a de

l pro

blem

a “B

”

Líne

a pr

incip

al

Líne

a pr

incip

al

NOMOGRAMA 1a NOMOGRAMA 1a Líneas principalesLíneas principales

(Propiamente el Nomograma)(Propiamente el Nomograma)Nomograma 1aNomograma 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)(Propiamente el Nomograma)Nomograma 1aNomograma 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

QQf f = = CARGA DE FONDOCARGA DE FONDO = 1.25 x 2.145 = 2.68 kg = 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

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

MOVIMIENTO DE TIERRAS

¿CÓMO SE DEFINE?MOVIMIENTO DE TIERRASEs el trabajo que se relaciona con la modificación delrelieve de un terreno, vale decir el cambio en su topo-grafía.

¿CÓMO SE REALIZA?El cambio de la topografía del terreno se realiza por la e-jecución de dos operaciones básicas desmonte y terraplén.

¿QUÉ ES EL DESMONTE? ¿QUÉ ES UN TERRAPLEN?

EL DESMONTE Es la operación de extracción de tierras con lo que se logra rebajar el nivel del terreno. Al material extraído se le da el nombre de escombros.

EL TERRAPLEN Es la operación de relleno de tierras con lo que se logra elevar el nivel del terreno.

Desmonte y terraplén representan volúmenes de tierra extraídas o amontonadas como consecuencia de un movimiento de tierra.

En una obra estos volúmenes de tierra generalmente son diferentes de tal forma que los escombros son aprovechables, frecuentemente, para los terraplenes.

En el caso de exceder, estos se dejan en depósitos o en botaderos y si faltan se procuran las tierras necesarias provenientes del préstamo.

En un movimiento de tierra es primordial conocer las características del material a fin de poder determinar el modo más sencillo de:Mover o excavar.Cargar.Transportar.Extender y compactar.Para lograr eficiencia en la operación a fin de conseguir un mejor rendimiento.

SECCION TRANSVERSALSECCION TRANSVERSAL

TERRAPLEN DESMONTE

PERFIL DEL TERRENO

PERFIL DEL TERRENO

En términos generales y desde el punto de vista del movimiento de tierras la naturaleza del terreno se divide en:

1° Terrenos rocosos : Rocas Fijas + explosivos

Sueltas

2° Terrenos blandos : Tierras

Consecuentemente una mezcla de rocas y tierrasTerrenos Rocosos:Los que antes de su extracción han de romperse dislocarse o de-sagregarse ya sea por medio de explosivos o mecánicamente.Terrenos Blandos:Los que pueden excavarse a mano o mecánicamente sin previa disgregación.Nota: Es importante saber el tamaño de la partícula y el grado dehumedad.

TALUD DE DESMONTE O TALUD DE DESMONTE O TERRAPLÉNTERRAPLÉN

Es la pendiente o inclinación dada a las paredes del terreno a fin de mantenerlos en equilibrio estable.Es necesario que los taludes, que limitan los movimientos de tierras, tengan la inclinación conveniente que se define por las siguientes características:

1° Por el ángulo i que forma el plano del talud con un plano horizontal. 2° Por el valor de la tangente o cotangente del ángulo i, los cuales se expresan por fracciones siendo sus térmi- nos números enteros.

ÁNGULO DE TALUD ÁNGULO DE TALUD NATURAL DE TIERRASNATURAL DE TIERRAS

Es el ángulo de rozamiento interno que toma por si solo un talud de idéntico terreno, bajo la acción prolongada de los agentes atmosféricos.

El ángulo depende esencialmente de:La naturaleza del terrenoLa consistencia del terrenoEl grado de humedad

Nota: El ángulo i debe ser menor al ángulo

Respecto a la consistencia en los terrenos blandos, el ángulo es mayor en los terrenos naturales en su sitio, es decir en los taludes de terreno virgen que en los terrenos recientemente removidos, esto se debe por una disminución de la cohesión, es decir por la disminución de la resistencia debido a su rozamiento.

La Cohesión puede disminuir y hasta desaparecer de tal manera que la inclinación del talud no se puede dar por el grado de cohesión.

Como ejemplo tendremos que mencionar que la arcilla se agrieta profundamente en los periodos de sequía prolongada.

En cuanto a la humedad esta tiene gran influencia en el ángulo del talud natural de las tierras blandas debido a que facilita el resbalamiento de las partículas reduciendo la resistencia debido al rozamiento y disminuyendo el valor del ángulo.

Se debe exceptuar algunos suelos, como las arenas, que tienen cierta cohesión cuando están húmedos y no tienen ninguna cuando están secas o cuando están anegados.

SECCIÓN TRANSVERSAL DE SECCIÓN TRANSVERSAL DE EXPROPIACIÓNEXPROPIACIÓN

PERFIL DEL TERRENO

PERFIL DEL TERRENO

TALUD

TALUD

b

a

i

EXPROPIACIÓN DE UN MOVIMIENTO DE TIERRAS

tgi= a/b

PESO, EXPANSIÓN VOLUMÉ-PESO, EXPANSIÓN VOLUMÉ-TRICA Y COMPRENSIBILIDADTRICA Y COMPRENSIBILIDADEs importante conocer las características siguientes del material a trabajar.PesoExpansión volumétrica (esponjamiento)Comprensibilidad

Peso volumétrico o densidad aparente.Grande: se mueve volumen menor que el posible.Pequeño: se mueve volumen total posible pero se desperdicia potencia.

ExpansiónTodo material cuando se mueve de su estado natural aumenta el volumen y por lo tanto disminuye su densidad aparente.Se denomina factor volumétrico a la siguiente relación:

Densidad Ap. Material Suelto Densidad Ap. Material en banco

mientras que el porcentaje de expansión se define como

F.V.=

%Exp.= - 1 * 100 expresado en tanto por ciento1F.V

Nota: Las tierras compactas como la arcilla, se esponjan mucho sino se toma la precaución de fraccionar las grandes masas ejecutando el terraplén por capas horizontales convenientemen-te apisonadas o comprimidas mecánicamente.

Comprensibilidad

Todo material extendido y compactado disminuye su volumen.En la reducción que experimenta el terraplén, con el tiempo,hay que considerar un coeficiente de esponjamiento inicial. Ei estado del terraplén inmediato a su colocación, un coeficiente final o persistente. Ep estado del terraplén en su asiento definitivo y un coeficiente de asiento de los escombros A donde:

A=

Diferencia entre (Volumen Inicial y final del terraplén)

Volumen Inicial del Terraplén

A = =

V : Volumen de excavaciónVi : Volumen inicial del terraplénVp : Volumen final del terraplén

Vi – Vp

Vi

Ei =Vi – V

VEp =

V

Vp – V

Ei - Ep

1 + Ei

V

VpVi

VVi Vp

Vp = Vgeom = Vfinal

Vi = Vtransp.

A= Vi - Vf

Vi

Compresibilidad

Expansión

MATERIALMATERIAL D Ap Banco(Kg/m3)D Ap Banco(Kg/m3) %% expansión expansión F.VF.V D Ap suelto D Ap suelto (Kg/m3)(Kg/m3)

Arcilla SecaArcilla Seca 16001600 3939 0.720.72 11551155

Arcilla HúmedaArcilla Húmeda 18301830 3939 0.720.72 13201320

Tierra común secaTierra común seca 15601560 2525 0.800.80 12501250

Tierra HúmedaTierra Húmeda 20002000 2525 0.800.80 16001600

Grava SecaGrava Seca 18901890 1212 0.890.89 16701670

Grava HúmedaGrava Húmeda 22502250 1212 0.890.89 20002000

Piedra CalizaPiedra Caliza 26102610 6767 0.600.60 15601560Arena seca sueltaArena seca suelta 16001600 1212 0.890.89 14201420Arena muy húmeda Arena muy húmeda y compactaday compactada

20802080 1212 0.890.89 18501850

Roca areniscaRoca arenisca 23202320 5454 0.650.65 15101510

Roca VolcánicaRoca Volcánica 28902890 6464 0.610.61 17501750

DENSIDADES APARENTES DE DIFERENTES MATERIALES

Esponjamiento, Factor Volumétrico (FV), Coeficiente de escombros (A)

Se tiene:

• V: Volumen de banco• Vi: Volumen de Transporte

(Volumen Inicial)• Vf: Volumen Geométrico

(Volumen Final)

PROBLEMA

Para la construcción de los 14 Km de una carretera se dispondrá de un terraplén con una base de afirmado de 1.20 m de espesor el cual tendra las siguientes dimensiones:• B menor del terraplén = 10.40m• Angulo del terraplén i = 45°

El material tiene un coeficiente de escombros igual al 15% y un porcentaje de expansión del 32%.Determinar el costo del material en banco, si el m3 cuesta 10.00 nuevos soles.

Solución:a.-Primero se calculará el volumen geométrico (Vf) Vol Geom = Area sección x Long = 0.5* (10.40+12.80)*1.20*14*103

= 194880 m3

b.-A continuación se calculará el volumen de transporte(Vi) .....Para hallar este volumen se tendrá en cuenta la siguiente ecuación:

• V transp= V geom / (1-A)

• Reemplazando los datos se tiene:V transp = 194880/ (1–0.15)

• Luego : V transp= 229270.6 m3

• Vi = Vf / (1-A)

c- Finalmente se calculará el Volumen de Banco Para esto se utilizará la relación:

• V banco = FV x V transporte

Además se tiene que % EXP = ((1/FV) –1)FV = 1/(1 +%EXP) = 1/(1+0.32), entonces: FV = 0.75

Por lo tanto: V banco = 0.75 * 229270.6 V banco = 171952.95 m3

Costo Total = V banco x (costo/m3) = 171952.95 * 10.00

Costo Total = 1’719529.5 nuevos soles

EJEMPLOS DE PLATAFORMAS PARA CARRETERAS

Tarapoto - Yurimaguas

Obras de Construcción y Mejoramiento Iniciales

Excavación para Ensanchamiento




Muros de Contención para Ensanchamiento de la pista y Protección de la Plataforma



Muros de Contención para Ensanchamiento de la pista y Protección de la PlataformaConstrucción de Carpeta

en Pavimento Asfáltico en Caliente




Muros de Contención para Ensanchamiento de la pista y Protección de la PlataformaConstrucción de Carpeta

en Pavimento Asfáltico en Caliente

Construcción de Drenajes (Cuneta, Alcantarilla y

Otras)




Paita - Olmos


Recapeo Estructural para Aumentar la Capacidad de

Tráfico

Ensanchamiento de las BermasPaita - Olmos


Gaviones

Geocompuesto de drenaje Geotextil

H: 6 ~ 13 m

Carpeta Asfáltica Cantidades

Gaviones

Geotextil

5,200 m3

11,300 m2

Geocompuesto 7,500 m2

600 ml

Tarapoto

Rioja Moyobamba

Km. 502 al Km. 510

Principales Soluciones de Ingeniería a Ejecutar:

Tarapoto – Rioja: Muro de Suelo Reforzado Tipo Terramesh

Pantalla

Pilote Ø =1.0m

Material Coluvial

Estrato de fundación

H: 12 ~ 14 m

Tarapoto

CR-03 Km. 581+200

Cantidades

Pilotes

Pantalla

1,515 ml

450 m3

585 ml

CR-05 Km. 576+500

CR-07 Km. 570+300

MoyobambaRioja


Tarapoto – Rioja: Pilote - Pantalla

Relleno

H: 3.50 ~ 9.30 m

Geotextil

Cantidades

Gaviones

Geotextil

104,000 m3

79,000 m2

Enrocado 51,200 m3

6,700 ml

Naranjitos

Corontachaca

Corral Quemado

Rioja

Pedro Ruiz

Km. 248 al Km. 318

Gavión de Defensa

Enrocado de Protección


Rioja – Corral Quemado: Muro de Gaviones

H: 4.50 ~ 6.50 m

Muro de Concreto de

Defensa

Lecho del Río

Cantidades

Concreto

Enrocado

11,200 m3

20,850 m3

2,500 ml

Naranjitos

Corontachaca

Corral Quemado

Rioja

Pedro Ruiz

RellenoKm. 260 al Km. 318 Enrocado de

Protección


Rioja – Corral Quemado: Muro de Concreto

GeotextilCama de

arenaEnrocado de

Defensa

Naranjitos

Corontachaca

Corral QuemadoRioja

Cantidades

Enrocado

Geotextil

40,000 m3

79,000 m2

900 ml

Pedro Ruiz

DR-29 Km 277

DR-28 Km 275

VM-3B Km 254


Rioja – Corral Quemado: Enrocado de Defensa

Relleno

Geomalla

Carpeta Asfáltica

Material de Filtro

6.0 a 8.0 m

Naranjitos

Corontachaca

Corral Quemado

Rioja

Cantidades

Relleno

Filtro

46,400 m3

3,800 m3

880 ml

Pedro Ruiz

Km 258 al km 350


Rioja – Corral Quemado: Suelo Reforzado con Geomallas

• REQUIERE APENAS COLOCAR LA CARRETERA TAL COMO HABÍA SIDO DISEÑADA.

Intervenciones de Puesta a Punto SECTOR SECTOR ESTABLEESTABLE QUE QUE NO REQUIERENO REQUIERE OBRAS DE ESTABILIZACIÓN Ó OBRAS DE ESTABILIZACIÓN Ó DRENAJE ADICIONALES A LAS EXISTENTES. DRENAJE ADICIONALES A LAS EXISTENTES.

Exudación Fisuras Ramificadas

Ahuellamiento Hundimiento Fatiga y Fractura

Restitución de los Niveles de Servicio en PavimentosPuesta a Punto: Pavimentos

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