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Revista Ciencia Nor@ndina Vol. 2 Núm. 2, julio-diciembre 2019 106
RESUMEN
Se tuvo por objetivo determinar el volumen y las características físicas, para la clasificación del
suelo de la cantera Lascan, distrito de Conchán, provincia de Chota. Se aplicó los lineamientos
generales para la localización y exploración de fuentes de materiales del Ministerio de
Transportes y Comunicaciones (MTC). Para el muestreo de los estratos se procedió según la
norma E.050; se excavaron tres calicatas de 3 m de profundidad con dos estratos visibles, uno
de materia orgánica y otro de suelo arcilloso; los ensayos de laboratorio se realizaron en
Guersan Ingenieros SRL. Los resultados indican que la cantera Lascan tiene una extensión de
3.03 ha, con volumen de extracción de 90933 m3, el suelo es fino con un contenido de solubles
imperceptibles, límite líquido mayor al 50%, límite de plasticidad menor a 27% e índice plástico
promedio de 31.66%. La clasificación del suelo de la cantera Lascan según el Sistema Unificado
de Clasificación de Suelos (SUCS) corresponde a una arcilla de alta plasticidad (CH), que puede
ser utilizada como materia prima de construcciones rústicas o agregado en la fabricación de
ladrillos y de revestimientos cerámicos.
Palabras claves: índice plástico, límite líquido, plasticidad, solubles imperceptibles.
ABSTRACT
The objective was to determine the volume and physical characteristics, for the classification
of the soil of the Lascan quarry, Conchán district, Chota province. The general guidelines for
the location and exploration of material sources of the Ministry of Transportation and
Communications (MTC) were applied. The strata were sampled according to E.050; three 3 m
deep caves were excavated with two visible strata, one of organic matter and another of clay
soil; Laboratory tests were performed at Guersan Ingenieros SRL. The results indicate that the
Lascan quarry has an extension of 3.03 ha, with an extraction volume of 90933 m3, the soil is
fine with a content of imperceptible soluble, liquid limit greater than 50%, plasticity limit less
than 27% and plastic index 31.66% average. The classification of the soil of the Lascan quarry
according to SUCS corresponds to a clay of high plasticity (CH), which can be used as raw
material for rustic constructions or added in the manufacture of bricks and ceramic tiles.
Keywords: plastic index, liquid limit, plasticity, imperceptible soluble.
INTRODUCCIÓN
Las canteras de agregados son
fundamentales para la industria de la
construcción (Soosan et al., 2005), en el año
2006 se demandó más de 480 millones de
1 Universidad Nacional Autónoma de Chota, Cajamarca, Perú. Email: [email protected]
toneladas (Deandres-Saez & Isasi-Irastorza,
2007), a la actualidad se ha acrecentado la
demanda de nuevas fuentes de material
(Hernández-Jatib & Guilarte–Cutiño, 2018)
con usos tanto para la construcción, para
agregados del concreto (Alexander &
Revista Ciencia Nor@ndina 2(2): 106-114 (2019) e-ISSN: 2663-6360
https://doi.org/10.37518/2663-6360X2020v2n2p106 p-ISSN: 2707-9848
Características físicas de la cantera de arcilla en Lascan, Conchán, Chota
Physical characteristics of the clay quarry in Lascan, Conchn, Chota
Rosber Irigoín Oblitas1, Joselito Burga Díaz1, Ítala Ramos Campos1, José Silva Tarrillo1
Recibido: 04-09-2019 Aceptado: 16-10-2019 Publicado: 28/02/2020
Irigoín et al.: Estudio de la cantera de arcilla en Lascan, Conchan, Chota
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Mindess, 2005) y como materia prima para
la fabricación de tejas y ladrillos (García-
León et al, 2018; Santos et. al, 2009), sin
embargo, aún se desconocen las
características físico químico de las materias
primas que se extrae (Gelves & Sánchez,
2009), debido a que existe una ausencia de
registros en relación a la potencia, extracción
y características técnicas del suelo, lo que
demuestra que los estudios científicos en
canteras son insuficientes (Hernández-Jatib
& Guilarte–Cutiño, 2018). A pesar de su
variado uso en la Ingeniería Civil, existen
pocos estudios que refieran a las fuentes de
materiales en los aspectos de cantidad y
calidad (García-León et al, 2018).
Las canteras de arcillas son fuentes de
minerales de grano fino < 1 µm según los
químicos, < 2 µm para los mineralogistas y
< 4 µm para los sedimentalogistas, (Díaz &
Torrecillas, 2002), además de ello poseen
características físicas, químicas y
mineralógicas ampliamente variadas,
incluso en capas de un mismo depósito
(Báez et al., 2019).
Las arcillas vienen siendo utilizadas por su
versatilidad sin conocer sus características
(De Pablo, 1964). En la actualidad se conoce
que los minerales arcillosos son numerosos
y difieren entre sí por su forma y estructura
(Bernal et. al, 2003), pero a pesar de ello en
el Perú son escasos los estudios en canteras
de suelo arcilloso, lo que hace indispensable
plantear estudios científicos que caractericen
física y químicamente a las arcillas (García-
León et al., 2018). Un estudio de canteras de
suelo debe registrar el lugar de extracción de
los materiales, la disponibilidad y las
propiedades del material (MTC, 2014). La
disponibilidad se determina según el
levantamiento topográfico; pero las
propiedades del material se ensayan en
laboratorio en base a un estudio de mecánica
de suelos normado por la E.050 (MVCS,
2018).
Los análisis indispensables en una cantera de
arcilla son: granulometría, límite líquido y
límite plástico, para definir la clasificación
del material por el Sistema Unificado de
Clasificación de Suelos (SUCS), normado
por la NTP 339.134 (INACAL, 2019). La
granulometría es la composición en
porcentaje de tamaños de agregados (Toirac,
2012), el límite liquido es el contenido de
humedad expresado en porcentaje (Crespo,
2004), el límite plástico corresponde a la
menor humedad a la cual el suelo puede
moldearse y el índice de plasticidad es la
diferencia entre el límite líquido con el límite
plástico (Santos et. al, 2009).
El material de las canteras cajamarquinas es
utilizado para proyectos de infraestructura
vial (Mosqueira, 2019), para la elaboración
de concreto (Sánchez, 2017), como materia
prima en la construcción de viviendas
rústicas (Altamirano, 2019) y como
constituyente de cerámicos, ladrillos y tejas,
de uso constructivo (Fernández, 2019).
En la ciudad de Chota, se conoce diversas
canteras de arena y piedra cuya materia
prima es empleada en la elaboración de
concreto. En relación a las canteras de arcilla
que son escasas, pero presentan un alto uso
variado en la industria de la construcción
como ladrillos huecos o caravista, tejas,
azulejos para pavimentos y revestimientos
(Díaz & Torrecillas, 2002). A la actualidad
la cantera de arcilla Lascan no es utilizada en
la industria de la construcción, debido a la
falta de estudios que registren aspectos como
la potencia y las características físicas y
químicas del suelo, que permita optimizar
sus propiedades y potencializar su uso
(Muñoz, et al., 2007). En tal sentido el
trabajo tuvo por objetivo, determinar el
volumen y las características físicas, para la
clasificación del suelo de la cantera Lascan,
distrito de Conchán, provincia de Chota,
Cajamarca – Perú.
MATERIALES Y MÉTODOS
El estudio se realizó en la cantera Lascan,
ubicada en las coordenadas UTM 763814 E
– 9288313 S a 2246 msnm, comunidad
Lascan, distrito Conchán, provincia Chota –
Cajamarca, en los meses de enero a agosto
del 2018, las características climáticas del
lugar, presenta temperatura que varían de 8
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a 22 °C y precipitaciones pluviales mayores
de 115.05 mm (SENAMHI, 2019).
El levantamiento topográfico en la zona de
estudio se realizó (Figura 1), con la estación
total Leica Geosystems Inc. Modelo TS06,
GPS de mano Garmin modelo ETREX 20 y
wincha Stanley de 50 m, en la etapa de
exploración se definió los puntos de
referencia (BM – Benchmarck), puntos fijos
y puntos de calicatas, que fueron procesados
mediante el software ArcMap 10.5, Civil 3D
2018 y para definir los planos de ubicación
y topografía de la zona de estudio se utilizó
AutoCAD 2018.
Para el muestreo de suelos, se realizó la
excavación de una calicata por hectárea de
terreno (Tabla 1), en las cuales se definió dos
estratos, uno orgánico y otro arcilloso, del
cual se extrajo tres muestras inalteradas con
el muestreador rectangular Fisher Scientific
modelo MP10, hasta acumular 2.50 kg de
material de acuerdo a la norma técnica
peruana NTP 339.252 muestreo de suelos y
rocas (MTC, 2016).
Figura 1. Plano topográfico de la cantera Lascan, Conchán, Chota, 2018.
Tabla 1. Características de las calicatas de la cantera Lascan,
Conchán, Chota, 2018
Características Calicata (C)
C1 C2 C3
Norte (m S) 9288109 9288189 9288262
Este (m E) 763810 763847 763888
Dimensiones (m) 1.20 x 1.20 1.20 x 1.20 1.20 x 1.20
Profundidad (m) 3.00 3.00 3.00
N° de estratos 2.00 2.00 2.00
Estrato 1 (m) 0.50 0.30 0.20
Estrato 2 (m) 2.50 2.70 2.80
Los ensayos de laboratorio (Tabla 2) se
realizaron en Gersan Ingenieros SRL,
ubicado en la ciudad de Cajamarca, donde se
usó manuales y normas de mecánica de
suelos según metodología de (Colmenares et
al., 2016).
Para el cuarteo manual (MTC, 2016), las
muestras obtenidas en campo se secaron a
temperatura ambiente, extendiéndose sobre
una superficie plana horizontal, una vez
seca, se disgregó el material arcilloso, donde
se efectuó el cuarteo, proceso que consiste
en separar en cuatro partes y tomar las partes
opuestas para juntarlas y hacer un nuevo
cuarteo, esto se repitió hasta obtener
muestras de 150 y 350 g.
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Tabla 2. Ensayos de laboratorio realizados a las muestras de la
cantera Lascan, Conchán, Chota, 2018
Ensayo Norma aplicable (NTP)
Análisis granulométrico 339.128
Límite líquido 339.129
Límite plástico 339.129
Contenido de sales solubles totales 339.152
Contenido de cloruros solubles 339.177
Contenido de sulfatos solubles 339.178 Fuente: (MVCS, 2018)
Para el análisis granulométrico de suelos por
tamizado (MTC, 2016), se trabajó con una
muestra seca (Ws = 350 g) que pasó por un
conjunto de tamices, colocados uno sobre
otro, de manera que los que tenían aberturas
más grandes quedaban arriba, el tamiz
inferior fue el N° 200. Se agitó en forma
manual durante 10 minutos, luego se separó
los tamices, se pesó el material retenido en
la base de cada tamiz, se sumó todos los
pesos retenidos parciales (PRP) y se
determinó los porcentajes de los pesos
retenidos (%RP), mediante la ecuación 1.
%𝑅𝑃 = 𝑃𝑅𝑃
𝑊𝑠× 100 (Ec. 1)
Dónde, RP: pesos retenidos (%), PRP: pesos
retenidos parciales (g), Ws: peso seco de
muestra (g).
Para obtener, los porcentajes retenidos
acumulados en cada tamiz (%RA) se
sumaron en forma progresiva los RP, según
la ecuación 2.
𝑅𝐴𝑛 = 𝑅𝑃1 + 𝑅𝑃2 + 𝑅𝑃3 + ⋯ + 𝑅𝑃𝑛 = ∑ 𝑅𝑃
𝑛
1
(𝐸𝑐. 2)
Dónde, RAn: retenido acumulado enésimo (%), RP1, RP2, RP3, RPt: porcentajes retenidos en
cada tamiz (%).
Para graficar la curva granulométrica en
escala semilogarítmica, se calcularon los
porcentajes acumulados que pasan en cada
tamiz (Ec. 3)
% 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑎 = 100% − %𝑅𝐴 (𝐸𝑐. 3)
Dónde, RA: retenido acumulado (%).
Para determinar el límite líquido (MTC,
2016), se colocó el suelo que pasó la malla
N° 200 en una vasija y se añadió 2 ml de
agua para mezclar con ayuda de la espátula,
consiguiendo una mezcla homogénea, la
cual se colocó en la copa casagrande modelo
UTS-0212A-T a un espesor de 1 cm, luego
se pasó el acanalador por el centro de la copa
dividiendo la muestra en dos partes. Se elevó
y dejó caer la copa mediante la manivela a
razón de dos caídas s-1, hasta que las dos
mitades de suelo estuvieron en contacto, se
registró el número de golpes y se repitió el
ensayo dos veces más, para dibujar la curva
de fluidez en escala semilogarítmica.
Para determinar el límite plástico se utilizó
20 g del material preparado en el ensayo
anterior. Se moldeó la muestra en forma
elipsoide rodando con los dedos de la mano
sobre una superficie lisa, formando cilindros
de un diámetro de 3.2 mm que mostraban
rasgos de rajaduras, luego la porción
obtenida se pesó y colocó al horno (marca y
modelo) a 110 ±5 °C, repitiéndose el ensayo
una vez más, para luego determinar el índice
de plasticidad (IP).
Para determinar el contenido de sales,
cloruros y sulfatos solubles, en una muestra
de 50 g de suelo, que pasó el tamiz N°10, se
colocó en una probeta de 1000 ml y se
completó 500 ml con agua destilada,
agitando la solución por 2 h, luego se esperó
que el suelo se sedimente, hasta tener un
líquido claro, del cual se extrajo 250 ml por
medio de papel filtro, al líquido filtrado se
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agregó 0.05 ml de solución de ácido
clorhídrico y se repitió el filtrado para verter
en una cápsula de porcelana 100 ml de
líquido, llevado a baño maría hasta evaporar
el agua, por último, se completó el secado de
la muestra en el horno (marca y modelo) a
110 ± 5 °C.
Las muestras se clasificaron de acuerdo al
SUCS (NTP 339.134) utilizando la carta de
plasticidad de Casagrande (Garcés &
Garcés, 2017).
Para el procesamiento de datos, se utilizó el
software computacional Microsoft Excel
2016 y para la presentación de los perfiles
estratigráficos se empleó el programa GEO
5 2019 – Estratigrafía.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El inventario de la cantera Lascan expone la
cantidad de material arcilloso extraíble para
su uso en la construcción, los resultados se
presentan en la Figura 2, con datos de
localización, acceso, propiedad, tipo de
cantera y potencia de la misma. La cantera
de 3.03 ha, tiene un volumen de extracción
equivalente a 5052 volquetadas de 18 m3, en
estudios hechos en otros depósitos de suelos,
se determinaron extensiones similares
(Muñoz et al., 2007; Dondi, 1999; Afanador
et al., 2012; Gonzáles & Lizárraga, 2015).
Figura 2. Inventario de la cantera Lascan, Conchán, Chota, 2018.
Los resultados de las propiedades de las
calicatas, caracterizan la calidad del suelo de
la cantera Lascan. En la Tabla 3, se observa
que la granulometría corresponde a un suelo
fino, el límite líquido es mayor al 50%, el
límite plástico es menor a 27%, además, el
contenido de sales, cloruros y sulfatos
solubles es 12x107, 14x107, 19x107
respectivamente, lo que garantiza que el
suelo no se encuentra afectado por solubles.
Asimismo, los promedios obtenidos
permiten caracterizar como suelos arcillosos
de alta plasticidad. En otros estudios
consideran que el 90% del material debe
pasar la malla N° 200 (Gómez et al., 1990)
el límite plástico no debe sobrepasar el rango
de las arcillas (Gonzáles y Lizárraga, 2015)
y el contenido de solubles debe ser mínimo
(Muñoz et al., 2007).
La estratigrafía de las C1, C2 y C3 validó la
uniformidad del material para una
clasificación común, en el Figura 3, se
muestra el perfil estratigráfico para C1, C2 y
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C3, donde las tres tienen dos estratos, el
primero de 0.50, 0.30 y 0.20 m de relleno de
materia orgánica húmeda respectivamente,
el segundo de 2.50, 2.70 y 2.80 m de materia
arcillosa inorgánica de alta plasticidad de
color beige, exento de grava, mezclada con
3.80, 4.50 y 4.80% de arena fina a gruesa
respectivamente. Por tanto, el material es
uniforme con pequeñas variaciones de arena
fina a gruesa, tal como aseveran (Gonzáles y
Lizárraga, 2015 y Muñoz et al., 2007).
En el diagrama del SUCS (Figura 4), se
correlacionó el límite líquido e índice de
plasticidad promedio, con ello se determinó
que el suelo está dentro del área de
influencia de las CH– arcillas de alta
plasticidad, lo que significa que el material
es altamente dúctil y puede ser utilizado en
la fabricación de cerámicos o como materia
prima de viviendas rústicas tal como refieren
otros autores (Santos et al., 2009; García-
León et al., 2018; Muñoz et al., 2017)
Tabla 3. Propiedades del suelo de las calicatas de la cantera Lascan,
Conchán, Chota, 2018
Propiedad* Calicata (C)
C1 C2 C3
Granulometría Promedio ………
Pasa el tamiz N°
200 y 93.24 g de
suelo
………
Límite líquido (%) 54.66 59 53 52
Límite plástico (%) 23.00 26 22 21
Ipa 25.41 28.59 24.19 23.46
Ipu 41.99 45.90 40.50 39.60
Índice de plasticidad
(%) 31.66 33 31 31
Contenido de sales
solubles totales (%) - 0.0000012 No presenta No presenta
Contenido de
cloruros solubles
(%)
- No presenta 0.0000014 No presenta
Contenido de
sulfatos solubles (%) - No presenta 0.0000014 0.0000019
Clasificación SUCS - Arcilla de alta
plasticidad
Arcilla de alta
plasticidad
Arcilla de alta
plasticidad *Ipa – Índice de plasticidad de la línea A, Ipu – Índice de plasticidad de la línea U.
Resultados obtenidos en el laboratorio de mecánica de suelo Guersan Ingenieros SRL, 2018.
Figura 3. Perfil estratigráfico de las calicatas (C1, C2 y C3) de la cantera Lascan, Conchán,
Chota, 2018.
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Figura 4. Diagrama del SUCS para el suelo de la cantera Lascan, Conchán, Chota, 2018. CH: Arcilla de alta plasticidad, CL: Arcilla de baja plasticidad, ML: Limos de baja plasticidad, MH: Limos
de alta plasticidad, ∎: Arcilla de Lascan
CONCLUSIONES
La cantera Lascan de extensión 3.03 ha,
tiene un volumen de extracción de 90933 m3.
Las tres calicatas presentaron en promedio
límite líquido de 54.7%, límite plástico de
23% e índice de plasticidad de 31.7%, con
contenido de sales solubles, cloruros totales
y sulfatos solubles con valores
insignificantes, lo que garantiza que el suelo
no se encuentra afectado por solubles. La
clasificación de los suelos de la cantera
Lascan según Sistema Unificado de
Clasificación de Suelos corresponden a una
arcilla de alta plasticidad, que puede ser
utilizada en la fabricación de cerámicos,
como ladrillos y revestimientos o en la
construcción de viviendas rústicas como
adobes y bloques de tierra comprimido.
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Nacional Autónoma de
Chota, por intermedio de la
Vicepresidencia de investigación, por el
financiamiento de la presente
investigación.
CONFLICTO DE INTERESES
Los autores declaran no tener conflicto de
intereses.
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