características físicas de la cantera de arcilla en lascan

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

mailto:[email protected]

https://doi.org/10.37518/2663-6360X2020v2n2p106

Irigoín et al.: Estudio de la cantera de arcilla en Lascan, Conchan, Chota


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



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.



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



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



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.



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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https://www.senamhi.gob.pe/?p=pronostico-detalle&dp=06&localidad=0033

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https://doi.org/10.1520/GTJ11768

características físicas de la cantera de arcilla en lascan

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