requerimientos de procesamiento, rendimientos, volúmenes disponibles, formas de acceso a las fuentes, distancias de transporte, y en general de todos aquellos elementos que contribuyan a precisar los costos de la obra. Por tal motivo el estudio de canteras requerirá una exploración detallada de las fuentes seleccionadas, un mapeo y delimitación de la misma y la ejecución sistemática de pozos y sondeos, conjuntamente con el muestreo y análisis de los materiales extraídos de estos para poder elaborar los perfiles mediante los cuales se pueda clasificar y cuantificar con precisión los volúmenes disponibles. La forma de sondaje y muestreo, así como los análisis a que serán sometidas las muestras dependerán del uso a que estarán destinados los materiales.
4.- ESTUDIO DE EVALUACION DE LAS CANTERAS
El interés del estudio de las canteras o fuentes de materiales de donde se extraerán agregados para diferentes usos principales como mejoramientos de suelos, terraplenes, afirmado, agregados para rellenos, subbase y base granular, agregados para tratamientos bituminosos, agregados para mezclas asfálticas y agregados para mezclas de concreto, es determinar sí los agregados son o no aptos para el tipo de obra a emplear, en tal sentido se requiere determinar sus características mediante la realización de los correspondientes ensayos de laboratorio. Estableciendo:
LA UBICACIÓN.- Las Fuentes de Materiales o Canteras serán ubicadas en función a su distancia de la obra a realizar (centro de gravedad), considerando para su selección la menor distancia a la obra, siempre que cumplan con la calidad y cantidad (potencia) requeridas por la obra. Para el efecto, se realizará un levantamiento topográfico del recorrido desde el inicio de la cantera a la obra, precisando kilometraje, longitud y tipo de acceso, asimismo se delimitará topográficamente los linderos de las fuentes de materiales o canteras.
LA DESCRIPCIÓN.- Las Canteras serán evaluadas y seleccionadas por su calidad y cantidad (potencia), así como por su menor distancia a la obra. Las prospecciones que se realizarán en las canteras se efectuarán en base a calicatas, sondeos y/o trincheras de las que se obtendrán las muestras necesarias para los análisis y ensayos de laboratorio. El estudio de canteras incluye la accesibilidad a los bancos de materiales, descripción de los agregados, usos, tratamiento, tipo, periodo de explotación, propiedad, permisos de uso y otras informaciones.
EL MUESTREO.- Para muestreo de los estratos el consultor se ceñirá al Manual de Ensayo de Materiales del MTC vigente, norma MTC E 101. En lo no especificado en el Manual de Ensayo de Materiales, se procederá de acuerdo a lo siguiente: Se realizará mínimo 05 exploraciones, por cada área menor o igual a una hectárea, la ubicación de los puntos de prospección será a distancias aproximadamente iguales, para luego densificar la exploración si se estima pertinente. Las exploraciones consistirán en calicatas, sondeos y/o trincheras, a profundidades no menores de la profundidad máxima de explotación, a fin de garantizar la real potencia de los bancos de materiales. La cantidad de muestras extraidas de canteras deberá ser tal que permita efectuar los ensayos exigidos, así como también ensayos de verificación para rectificar y/o ratificar resultados poco frecuentes. Las muestras representativas de los materiales de cada cantera serán sometidas a los ensayos estándar, a fin de determinar sus características y aptitudes para los diversos usos que sean
necesarios (rellenos, afirmado, sub-base, base, tratamientos superficiales, carpetas asfálticas, obras de concreto hidráulico, etc.).
Se presentarán registros de exploraciones para cada una de las prospecciones, en donde se detallarán las ubicaciones de las prospecciones con coordenadas UTM-WGS84, las características de los estratos encontrados tales como: tamaño, forma, color, espesor de cada estrato, profundidad de la prospección, así como material fotográfico de las calicatas; de tal manera que en los registros se precisen las características de los estrados encontrados.
Estas muestras se clasifican según Hvorslev (1949), en muestras representativas y no representativas
5.- ENSAYOS DE LABORATORIO.- Para determinar las características físicas, químicas y mecánicas de los materiales de las canteras se efectuarán de acuerdo al Manual de Ensayo de Material para Carreteras del MTC (vigente) y serán las que señalen las especificaciones técnicas generales para la construcción de carreteras del MTC (vigente).
Los ensayos de los materiales deberán ser de dos tipos: · Estrato por estrato
· Del conjunto de los materiales
Los ensayos deben ser ejecutados en laboratorios competentes que cuenten con:
· Personal calificado · Instalaciones que faciliten la correcta ejecución de los ensayos
· Métodos y procedimientos apropiados para la realización de los ensayos, siguiendo las Normas de Ensayos del MTC o normas internacionales como ASTM o AASHTO, incluyendo técnicas estadísticas para el análisis de los datos de ensayo.
· Equipos debidamente calibrados, que garanticen la exactitud o validez de los resultados de los ensayos. Antes del inicio de los ensayos o de la puesta en servicio el proveedor debe presentar los respectivos certificados de calibración de sus equipos, emitidos por Laboratorios de Calibración acreditados.
· Aseguramiento de calidad de los resultados de los ensayos.
· Informe de resultados de cada ensayo, presentado en forma de informe de ensayo o certificado de ensayo, que exprese el resultado de manera exacta, clara, sin ambigüedades y objetivamente, de acuerdo con las instrucciones específicas de los métodos de ensayo. a) Ensayos Estándar
Material para Terraplenes:
ü Análisis Granulométrico por Tamizado ASTM D-422, MTC E107 ü Humedad Natural MTC E108
ü Límite Líquido de los suelos ASTM D-4318, MTC E110
ü Límite Plástico e Indice de Plasticidad ASTM D-4318, MTC E111
ü Determinación del Límite de Contracción, sí se encuentra alta Actividad de los finos MTC E112
ü Gravedad Específica de los Suelos, MTC E113 ü Materia Orgánica en Suelos, MTC E118
ü Análisis Granulométrico por Tamizado ASTM D-422, MTC E107 ü Límite Líquido Malla N° 40 ASTM D-4318, MTC E110
ü Límite Plástico Malla N° 40 ASTM D-4318, MTC E111 ü Clasificación SUCS ASTM D-2487
ü Clasificación de Suelos AASHTO M-145, ASTM D-3282 ü Contenido Sales Solubles Totales , MTC E219
ü Materia Orgánica en Arena ASTM C-140, MTC E213 ü Partículas Chatas y Alargadas ASTM D-4791
ü Porcentaje de Caras de Fractura ASTM D-5821, MTC E210 · Material de Sub-base y Base:
ü Análisis Granulométrico por Tamizado ASTM D-422, MTC E107 ü Material que pasa la Malla N° 200 ASTM C-117, MTC E202 ü Límite Líquido Malla N° 40 ASTM D-4318, MTC E110 ü Límite Plástico Malla N° 40 ASTM D-4318, MTC E111 ü Clasificación SUCS ASTM D-2487
ü Clasificación de Suelos AASTHO M-145, ASTM D-3282 ü Contenido Sales Solubles Totales MTC E219
ü Materia Orgánica en Arena ASTM C-140, MTC E213 ü Partículas Chatas y Alargadas ASTM D-4791
ü Porcentaje de Caras de Fractura ASTM D-5821, MTC E210 Tratamiento Superficial:
ü Análisis Granulométrico por Tamizado ASTM D-422, MTC E107 ü Contenido Sales Solubles Totales MTC E219
ü Partículas Chatas y Alargadas ASTM D-4791
ü Porcentaje de Caras de Fractura ASTM D-5821, MTC E210 · Mezcla Asfáltica:
ü Análisis Granulométrico por Tamizado ASTM D-422, MTC E107 ü Material que pasa la Malla N° 200 ASTM C-117, MTC E202 ü Límite Líquido Malla N° 200 ASTM D-4318, MTC E110
Límite Plástico Malla N° 200 ASTM D-4318, MTC E111 ü Terrones de Arcilla ASTM C-142 MTC E212
ü Contenido Sales Solubles Totales (Agregado Grueso) NTP 339.152 ü Contenido Sales Solubles Totales (Agregado Fino) NTP 339.152 ü Materia Orgánica en Arena ASTM C-140, MTC E213
ü Partículas Chatas y Alargadas ASTM D-4791
ü Porcentaje de Caras de Fractura ASTM D-5821, MTC E210
ü Gravedad Especifica y Absorción del Agregado Grueso ASTM C-127, MTC E206
ü Gravedad Especifica y Absorción del Agregado Fino ASTM C-128, MTC E205 ü Peso Unitario del Agregado Grueso ASTM C-29, MTC E203
ü Peso Unitario del Agregado Fino ASTM C-29, MTC E203
ü Determinación Cuantitativa de Cloruros del Agregado Grueso NTP 339.177 ü Determinación Cuantitativa de Cloruros del Agregado Fino NTP 339.177 ü Determinación Cuantitativa Sulfatos Agregado Grueso NTP 339.178 ü Determinación Cuantitativa Sulfatos Agregado Fino NTP 339.178 · Concreto Pórtland:
ü Análisis Granulométrico por Tamizado ASTM D-422, MTC E 107 y MTC E202 ü Material que pasa la Malla N° 200 ASTM C-117
ü Límite Líquido Malla N° 40 ASTM D-4318, MTC E110 ü Límite Plástico Malla N° 40 ASTM D-4318, MTC E111 ü Clasificación SUCS ASTM D-2487
ü Terrones de Arcilla en los agregados ASTM C-142, MTC E212 ü Contenido Sales Solubles Totales MTC - E219 (Agregado Grueso) ü Contenido Sales Solubles Totales MTC - E219 (Agregado Fino) ü Materia Orgánica en Arena ASTM C-140, MTC E213
ü Partículas Chatas y Alargadas ASTM D-4791
ü Porcentaje de Caras de Fractura ASTM D-5821, MTC E 210
Gravedad Especifica y Absorción del Agregado Grueso ASTM C-127, MTCE206 ü Gravedad Especifica y Absorción del Agregado Fino ASTM C-128, MTC-E205 ü Peso Unitario del Agregado Grueso ASTM C-29, MTC-E203
ü Determinación Cuantitativa de Cloruros del Agregado Grueso NTP 339.177 ü Determinación Cuantitativa de Cloruros del Agregado Fino NTP 339.177 ü Determinación Cuantitativa de Sulfatos del Agregado Grueso NTP 339.178 ü Determinación Cuantitativa de Sulfatos del Agregado Fino NTP 339.178 ü Carbón y Lignito NTP 400.023, MTC E211
Ensayos Especiales
Se realizarán para diferentes tipos de material · Material de Terraplen
ü California Bearing Ratio (CBR) ASTM D-1883, MTC E132; ó Módulo Resiliente de suelos de subrasante y materiales de terraplen sin tratar, ensayo AASHTO T 292; ó módulo Resiliente de Materiales de suelos y agregados, ensayo AASHTO T 307.
ü Relación Humedad-densidad Compactada a la EnergiaProctor Modificado ASTM D-1557, MTC E115.
· Material de Afirmado:
üCalifornia Bearing Ratio (CBR) ASTM D-1883, MTC E132 ü Ensayo de Abrasión Los Angeles ASTM C-131, MTC-E207 ü Equivalente de Arena ASTM D-2419, MTC-E114
üProctor Modificado ASTM D-1557, MTC-E115 · Material de Sub-Base:
ü California Bearing Ratio (CBR) ASTM D-1883, MTC E132; ó Módulo resiliente de materiales de subbase granular sin tratar, ensayo AASHTO T 292; o Módulo Resiliente de Materiales de suelos y agregados, ensayo AASHTO T 307. ü Ensayo de Abrasión Los Angeles ASTM C-131, MTC-E207
ü Equivalente de Arena ASTM D-2419, MTC-E114 üProctor Modificado ASTM D-1557, MTC-E115 · Material de Base:
ü California Bearing Ratio (CBR) ASTM D-1883, MTC E132; ó Módulo resiliente de materiales de base granular sin tratar, ensayo AASHTO T 292; o Módulo Resiliente de Materiales de suelos y agregados, ensayo AASHTO T 307. ü Ensayo de Abrasión Los Angeles ASTM C-131, MTC-E207
ü Equivalente de Arena ASTM D-2419, MTC-E114
Frecuencia de Ensayos.- Las muestras representativas de los materiales de cada cantera serán sometidas a los ensayos, mínimo 5 pruebas por cada tipo de ensayo, de tal forma de cubrir todo el área y volumen de explotación.
Sí para el cumplimiento de las especificaciones técnicas generales para la construcción de carreteras del MTC, es necesario someter al agregado a un tratamiento (lavado, venteo, mezclas, etc); se deberá presentar la misma cantidad de resultados de ensayos de materiales, señalado en el párrafo anterior, efectuando ensayos con los agregados después de someterlos a dichos tratamientos a fín de corroborar y verificar sí con dichos tratamientos el material logra cumplir con las especificaciones técnicas.
Se presentará un cuadro resumen de los ensayos efectuados para cada cantera (con la debida identificación (nombre de cantera, calicata y/o muestra, espesor del estrato, profundidad del pozo exploratorio, etc).
6.- POTENCIA
a)RENDIMIENTO Y CUBICACIÓN El consultor calculará el rendimiento y potencia de los materiales utilizados para cada uso, así mismo el uso, periodo y equipo de explotación. Los límites de las canteras o fuentes de materiales debe cubrir un área que asegure un volumen de material útil explotable del orden de 1.5 veces las necesidades del proyecto, considerando los factores volumétricos y una reserva en caso en obra se requiera un mayor volumen al previsto.
1.-UBICACIÓN Se realizará un levantamiento topográfico del recorrido desde el inicio de la cantera a la obra, precisando kilometraje, longitud y tipo de acceso, asimismo se delimitará topográficamente los linderos de las fuentes de la cantera de roca.
2.- DESCRIPCIÓN El consultor describirá las características del afloramiento rocoso como fracturamiento, volumen, dimensionamiento de los bloques y la metodología del procesamiento de explotación (método de voladura, chancado, etc). El método de voladura incluirá criterios y pautas para la operación de carga, selección de explosivos, procedimientos de prueba y detonación de los explosivos, por lo que se requiere la participación de profesionales especializados en la materia. 3.- MUESTREO Para muestreo de los estratos el consultor se ceñirá al Manual de Ensayo de Materiales del MTC vigente, norma MTC E 101. En lo no especificado en el Manual de Ensayo de Materiales, se procederá de acuerdo a lo siguiente: El consultor realizará exploraciones mínimo 3 prospecciones (calicatas o trincheras), a fin de determinar el basamento rocoso. Se extraerá roca para realizar ensayos de laboratorio, se podrá emplear otros métodos de muestreo que sean autorizados por la Entidad competente.
4.- ENSAYOS DE LABORATORIO Para los ensayos de laboratorio serán chancados y se realizarán ensayos estándar y especiales
Ejemplo
Ensayos de laboratorio. Se realizarán:
· Ensayo petrográfico microscópico de la roca ASTM D-1889 · Carga Puntual ASTM D5731-95
· Compresión Simple en Roca ASTM D-2928 · Propiedades Físicas ASTM D-2216-98
· Determinación de Parámetros de Resistencia al Corte Mediante CompresionTriaxial. AASHTO T296, MTC 131
· Corte Directo (Consolidado Drenado). AASHTO T 236, MTC E123
· Analisis de Estabilidad Cinemática Mediante Proyecciones Estereográficas
· Clasificaciones Geomecánicas (Bieniaswki, Barton, Liem, Jacobs, etc) ú otros Aplicables a Taludes y Análisis de Fallas.
· Ensayo R.Q.D. (Rock Quality Designation).
Explotación de bancos de materiales.- La explotación de los materiales inertes implica la ejecución de medidas preventivas que eviten o reduzcan los daños al medio ambiente. Estas medidas se tomarán en cuenta al explotar un lecho de río o quebrada, ladras de un cerro. En este sentido son importantes los siguientes aspectos.
Las acciones que deben efectuarse de conformidad al sistema de explotación adoptado se realizará de acuerdo a la verificación realizada y al Plan de manejo Ambiental.
El sistema y programa de aprovechamiento del material de préstamo debe realizarse con la finalidad de producir el menor daño al ambiente.
La recuperación de las condiciones iniciales de las áreas que serán afectadas por la explotación de canteras o el reacondicionamiento de estas a la morfología del área circundante, adecuada al paisaje y al drenaje de la zona.
La realización del levantamientos topográficos antes de la explotación y al finalizar los trabajos de readecuación se realizará a fin de verificar y contrastar las condiciones originarias y finales de las canteras.
El plan y diseño de explotación de fuentes de materiales que se expone se debe realizar de acuerdo al tipo de banco de material a explotar. En este caso, se tiene un solo tipo de cantera explotar, ubicada en la ladera del cerro aledaño a la vía y su material está compuesto por material suelto residual – coluvial y agregados de rocas.
Canteras de laderas.
Remover y almacenar adecuadamente la cubierta vegetal de la zona de préstamo, que será reutilizado en el proceso de restauración.
Para evitar cortes inestables de gran altura, la explotación debe hacerse por sistema de terrazas.
Eliminar el material descartado en la selección (o utilizar para rellenos)
Eliminar zonas en que se pueda acumular agua y cuando sea necesario establecer un drenaje natural.
Reacondicionar el área de acuerdo a la morfología circundante, peinado y aliando o redondeando taludes para suavizar la topografía, adecuando el paisaje y al drenaje de la zona, de ese modo se evitará o mitigará la activación de problemas geodinámicos externos.
Revegetar el área intervenida, empleando el suelo orgánico retirado al inicio de la construcción para facilitar la regeneración de la vegetación y especies propias del lugar como la paja brava o ichu y otras especies nativas.
Certificados de los Ensayos de Laboratorio de las Canteras.- A continuación se ajuntan los resultados de los ensayos de laboratorio a los que fueron sometidos los materiales de estas canteras arriba mencionadas, ejemplo el Laboratorio B&C INGENIEROS CONSULTORES Y EJECUTORES S.R.L.
TRASLADOS Y ACUMULACION DE MATERIALES PROCESADOS
Concluido los procesos de explotación en la cantera el material de préstamo seleccionado, será acarreado y/o transportado de conformidad a lo previsto en el requerimiento establecido en el expediente técnico del proyecto, hasta su disposición final a pie de obra
EJEMPLOS:
CARACTERÍSTICAS DE LA CANTERA
Nombre Cantera Km 02+100
Ubicación Km 02+100 Lado Derecho
Sector: Pucaccasa Dist. Pomacocha Prov. Andahuaylas Dpto. Apurímac
Área (m2) Perímetro (m) Volumen de material
Utilizable (m3)
750 130 6000
DISTANCIA MEDIA DE TARNSPORTE
5.000 km Del Km 05+000 al Km 0+000
Propietario Distrito de Pomacocha
Condición Sin Uso
Derechos de Explotación El Distrito de Pomacocha, ha otorgado libre disponibilidad de Uso para el presente proyecto
Procedimiento de Explotación Con maquinaria pesada: Tractor Oruga 140 a 200 HP, Cargador Frontal 3 m3 de capacidad, Volquetes de 15m3, Zaranda Mecánica
Periodo de Explotación Todo el año, en forma limitada en la época de lluvias los meses de Diciembre a Marzo
Clasificación de suelo SUCS GC-GM
CBR 95% 36.20%
CBR 100% 44.40%
CALCULO DEL VOLUMEN DE MATERIAL UTILIZABLE
CANTERA 02+100 NUMERO: 2
PROGRESIVA (KM) 02+100 UBICACIÓN: Distrito de
Pomacocha CALCULO DEL NUMERO DE PROSPECCIONES POR HA
Área de la cantera por m2 m2 750
Área de la cantera por ha ha 0.08
Numero de prospecciones por ha según TDR
und 3.00
Numero de prospecciones a realizar según TDR
und 3.00
CALCULO DE POTENCIA Y RENDIMIENTO Profundidad Promedio
Aprovechable Aproximado (PPAA)
m 3.00
Top Soil (Suelo superficial que deberá de eliminarse)
m 0.8
% Material desechable Mayor a 2" - después del desbroce.
10.00%
Volumen de material desechable por Desbroce
m3 600
POTENCIA BRUTA, MENOS EL DESBROCE m3 5400 Volumen de material desechable mayor a 2" m3 540 VOLUMEN DE MATERIAL UTILIZABLE m3 4860
CANTERA KM 25+650 (CANTERA 06- Lado Derecho)
- De Progresiva 25+650 a 25+750 de la carretera Pomacocha- Umamarca ubicada a 25+650 Km. del punto de inicio de la carretera proyectada.
- Suelo residual con clastos de roca arenisca. - Uso: Para afirmado.
- Clasificación de Suelo según SUCS: GC-GM. Grava arcillosa- limosa con arena - Gradación Heterométrica.
- Color Superficial: Marrón Claro
CARACTERÍSTICAS DE LA CANTERA
Nombre Cantera Km 25+650
Ubicación Km 25+650 Lado Derecho
Sector: Mollebamba Dist. Umamarca Prov. Andahuaylas Dpto. Apurímac
Área (m2) Perímetro (m) Volumen de material
Utilizable (m3)
1200 190 24000
DISTANCIA MEDIA DE TRANSPORTE
5+000 km Del Km 25+000 al Km 30+00
Propietario Distrito de Umamarca
Condición Sin Uso
Derechos de Explotación El Distrito de Umamarca, ha otorgado libre disponibilidad de Uso para el presente proyecto
Procedimiento de Explotación Con maquinaria pesada: Tractor Oruga 140 a 200 HP, Cargador Frontal 3 m3 de capacidad, Volquetes de 15m3, Zaranda Mecánica
Periodo de Explotación Todo el año, en forma limitada en la época de lluvias los meses de Diciembre a Marzo
Clasificación de suelo SUCS GC-GM
CBR 95% 36.40%
CALCULO DEL VOLUMEN DE MATERIAL UTILIZABLE
CANTERA 25+650 NUMERO: 06
PROGRESIVA (KM) 25+650 UBICACIÓN: Distrito de Umamarca
CALCULO DEL NUMERO DE PROSPECCIONES POR HA
Área de la cantera por m2 m2 1200
Área de la cantera por ha ha 0.1
Numero de prospecciones por ha según TDR
und 3.00
Numero de prospecciones a realizar según TDR
und 3.00
CALCULO DE POTENCIA Y RENDIMIENTO Profundidad Promedio
Aprovechable Aproximado (PPAA)
m 3.00
Top Soil (Suelo superficial que deberá de eliminarse)
m 0.15
% Material desechable Mayor a 2" - después del desbroce.
15 %
POTENCIA BRUTA EN BANCO m3 24000
Volumen de material desechable por Desbroce
m3 180
POTENCIA BRUTA, MENOS EL DESBROCE m3 23820 Volumen de material desechable mayor a 2" m3 3573 VOLUMEN DE MATERIAL UTILIZABLE m3 20247 RENDIMIENTO DE LA CANTERA 84 %
II.- FUENTES DE AGUA