Explotación de Canteras y Graveras: Tipos, Clasificación y Usos de Áridos en Construcción

Canteras y Graveras: Extracción y Aplicaciones de Áridos y Rocas Ornamentales

Este documento aborda la explotación de canteras, enfocándose en la obtención de áridos y rocas para la construcción, así como en la extracción de rocas ornamentales. Se revisa la evolución del concepto de cantera, su importancia económica, la clasificación de los áridos y los diferentes tipos de explotaciones.

Concepto Tradicional de Cantera

Tradicionalmente, el término "cantera" se refería a las explotaciones de rocas industriales y ornamentales. Estas se dividían en dos grupos:

• Explotaciones para la obtención de áridos destinados a la construcción.
• Explotaciones de rocas ornamentales, donde se extraían cuidadosamente grandes bloques para su posterior corte y elaboración.

Hasta hace pocos años, las canteras eran explotaciones de escaso interés debido a:

• Bajo valor económico.
• Abundancia de yacimientos.
• Bajas exigencias de calidad.

Las canteras tradicionales presentaban las siguientes características:

• Tamaño pequeño, escasa tecnificación y bajas producciones.
• Uno o dos bancos de trabajo.
• Baja planificación.
• Suministro de materiales de origen mineral y de escaso valor económico.
• Yacimientos con calidad natural adecuada para las exigencias del mercado local.

Estas explotaciones satisfacían las necesidades locales de materiales para viviendas, carreteras, vías de ferrocarril, puertos, etc. Su diseño era sencillo, con uno o dos bancos, sin un control estricto de seguridad y eficiencia. Los materiales explotados se diferenciaban entre áridos "duros" (gravas y arenas de ríos o paleocauces) y áridos producidos por trituradoras y clasificados por cribas. Aunque actualmente estos dos tipos de productos tienen mercados diferenciados, las diferencias se van reduciendo debido a las certificaciones y especificaciones técnicas.

Definición Actual del Concepto de Cantera

El concepto de cantera está cambiando rápidamente debido a las presiones sociales, ambientales y a las crecientes especificaciones técnicas. Hoy en día, el sector de los áridos debe cumplir con exigencias técnicas de calidad, medioambientales y sociales, que obligan a la planificación y desarrollo de un proyecto minero, por más pequeño que sea. La demanda de productos de cantera tiene una clara trayectoria ascendente debido al crecimiento de la población y de la riqueza per cápita. La creciente demanda y las limitaciones ambientales para la apertura de nuevas graveras y canteras han revalorizado estos materiales.

Las especificaciones de los productos de cantera son cada vez mayores y más difíciles de cumplir de forma natural, por lo que se recurre a plantas de tratamiento con sistemas cada vez más sofisticados. Las exigencias técnicas de la explotación se han incrementado, y existe una fuerte implantación de criterios de calidad y garantía del cumplimiento de las características y propiedades de los productos.

En el sector de la roca ornamental, se observa un crecimiento en la tecnificación y un mayor valor agregado. Existen muchas similitudes entre las empresas de áridos, minerales industriales y roca ornamental en cuanto a tecnología de explotación, legislación minero-ambiental y rentabilidad de las inversiones. Sin embargo, comparando las canteras con otros ámbitos de la minería, todavía existen diferencias apreciables, como el tamaño más reducido de las explotaciones, las menores inversiones iniciales y el menor riesgo. Los mercados de este tipo de productos, aunque crecientemente regionales, aún se limitan en gran medida a ámbitos locales.

Importancia Económica de los Áridos

El consumo de áridos está íntimamente relacionado con el desarrollo socioeconómico y la calidad de vida de cada país. Los áridos suponen hasta un 50% de la producción minera mundial, aunque su dispersión dificulta conocer con precisión las producciones. Las explotaciones siguen siendo de tamaño reducido, pero requieren inversiones cada vez más importantes. En general, se caracterizan por un pequeño volumen anual de extracción (entre 500,000 y 1,000,000 t/año), salvo en el caso de las canteras de calizas para cementos y áridos para grandes aglomeraciones urbanas. Su valor medio de venta es generalmente bajo, con la excepción de las rocas ornamentales (mármoles, pizarras, granitos, areniscas, etc.) cuyo valor estético supera al industrial.

La tecnología en las explotaciones ha progresado rápidamente para abaratar costos, competir, aumentar la producción y controlar la calidad. El mercado ha pasado de ser local a regional e incluso internacional. Se observa una transformación del producto en un commodity capaz de transportarse largas distancias, incluso cruzando el océano, siempre que la calidad compense el mayor costo del transporte.

Definición de Áridos

Los áridos de construcción son materiales que cumplen las siguientes condiciones:

• Son de origen mineral.
• Son sólidos e inertes.
• Tienen granulometrías y formas adecuadas.

Se utilizan solos o en mezclas con aglomerantes (cales, cementos, etc.) o ligantes bituminosos para la fabricación de:

• Hormigones.
• Productos artificiales resistentes.
• Aglomerados asfálticos.
• Bases para la construcción, bases estabilizadas o en obras de infraestructura.
• Escollera como elemento de protección frente a la erosión.
• Rellenos de diverso tipo.
• Materias primas para la industria del cemento.
• Arenas para filtros o moldes.

Clasificación de los Áridos en Cuanto a Origen y Naturaleza

Según su procedencia y proceso de obtención, los áridos se clasifican en:

• Áridos naturales: Obtenidos de graveras, con tratamiento de lavado y clasificación.
• Áridos de machaqueo: Obtenidos de la trituración, molienda y clasificación de rocas de cantera o de las granulometrías de rechazo de los áridos granulares.
• Áridos artificiales: Subproductos o residuos de procesos industriales (escorias siderúrgicas, cenizas volantes, estériles mineros, etc.).
• Áridos reciclados: Procedentes de materiales de demolición (hormigones, cerámicos, etc.) y/o de estructuras de rutas.
• Áridos ligeros: Productos naturales o artificiales usados para obtener piezas o elementos de obra de bajo peso y/o aislantes.

Clasificación y Denominaciones de los Áridos por su Tamaño

En geología y construcción, se denomina grava a las partículas rocosas de tamaño comprendido entre 2 y 64 mm, aunque no existe un criterio único para el límite superior. Son partículas granulares de material pétreo de tamaño variable, originadas por la fragmentación natural o artificial de rocas. Las gravas naturales se forman por meteorización y concentración, y el desgaste por movimiento en lechos de ríos genera formas redondeadas llamadas cantos rodados. Las gravas artificiales, denominadas "piedra partida" o "chancada", se producen mediante procesos de chancado o triturado en plantas de áridos.

El material procesado suele ser caliza, granito, dolomita, basalto, arenisca, cuarzo y cuarcita. La clasificación por granulometría se presenta en la siguiente tabla:

Clasificación de los Tipos de Explotaciones de Cantera

Una clasificación elemental de las explotaciones de cantera distingue:

1. Canteras de áridos: Para rellenos, escolleras, asfaltos, hormigones, etc., incluyendo las graveras.
2. Canteras de roca ornamental: Pizarras, granitos, mármoles, etc.
3. Canteras de rocas y minerales industriales: Cementos, ladrillería, cerámica, vidrio, etc.

Tipología de las Explotaciones: Canteras y Graveras

Se reserva el término cantera para aquellas explotaciones donde los materiales se extraen de un macizo rocoso, generalmente competente.

Canteras

• Canteras en terrenos horizontales.
• Canteras en ladera.
• Supercanteras.
• Canteras subterráneas.

Graveras

Se denominan así a aquellas explotaciones de áridos naturales granulares. Se distinguen:

• Graveras secas.
• Graveras con explotación bajo lámina de agua.
• Graveras con control del nivel freático.

Para los materiales de graveras se aplican sistemas de arranque directo. Para los materiales de cantera, se utilizan técnicas de perforación y voladura, y carga con palas sobre volquetes. Se tiende al uso de plantas de trituración móviles en el propio banco de explotación para abaratar costos y permitir la homogeneización. Para materiales finos y arcillosos, el arranque puede ser directo al tener una resistencia a la compresión generalmente inferior a 100 Kg/cm², con posibilidad de restaurar el terreno tras la extracción.

Canteras en Terrenos Horizontales

Las labores se inician en forma de trinchera hasta alcanzar la profundidad del primer nivel. Luego, se cambia el frente de trabajo y se amplía el hueco hasta los límites planificados. La ampliación en superficie puede compaginarse con la profundización, compensando las distancias de acarreo.

Inconvenientes:

• Transporte de materiales contra pendiente.
• Mayores costes en drenaje y bombeo para mantener seca la explotación.

Ventajas:

• Permite proyectar la pista general de transporte en una posición casi estática.
• Permite la instalación de cintas transportadoras.
• Posibilidad de instalar la planta de tratamiento en el nivel de explotación, reduciendo la distancia de acarreo y la ocupación de terrenos.

Canteras en Ladera

Son las más numerosas y se caracterizan por un gran número de bancos. Según la dirección de los trabajos, se distinguen las siguientes alternativas:

Avance frontal y frente de trabajo de altura creciente: Es la más frecuente por la facilidad de apertura y la mínima distancia de transporte inicial. El frente es progresivamente más alto, lo que dificulta la restauración hasta el final de la explotación.

Excavación descendente y abandono del talud final en bancos altos: Permite iniciar la restauración desde los bancos superiores. Requiere una definición previa del talud final y un proyecto a largo plazo. Exige infraestructura viaria para acceder a los niveles superiores desde el principio y mayor distancia de transporte en los primeros años.

Avance lateral y abandono del talud final: Se aplica cuando la cantera tiene un desarrollo transversal reducido y un avance lateral amplio. Permite recuperar taludes finales y efectuar rellenos parciales. Permite mantener constante la distancia de transporte si la instalación está en el centro de la corrida de la cantera.

En todas las variantes, los sistemas mineros suelen ser discontinuos por su mayor flexibilidad ante las condiciones cambiantes.

Supercanteras

Surgen de la estrategia de algunas compañías para reducir costes y evitar inconvenientes en la apertura de nuevas explotaciones. Se basan en:

• Localización de un yacimiento grande y de calidad.
• Entorno natural de baja calidad para minimizar el impacto ambiental.
• Ritmos de producción de entre 5 y 20 Mt/año para aprovechar las economías de escala.
• Proximidad a vías de comunicación terrestres o marítimas.
• Inversiones específicas.
• Mayor eficiencia y control de las operaciones, con altos rendimientos.
• Uso del método de corta, con arranque por perforación y voladura, trituración dentro de la corta con equipos móviles y semimóviles, y extracción por banda transportadora a través de túneles hasta la planta.
• Obliga al abandono de reservas y a labores subterráneas, pero permite un menor impacto ambiental.

Canteras Subterráneas

Son una alternativa a considerar, debido a su mayor coste, solo en casos especiales:

• Escasez de recursos geológicos.
• Importantes restricciones ambientales.

En el umbral económico debe considerarse el posible beneficio del aprovechamiento de los huecos subterráneos. Se verán con más detalle en los métodos de explotación subterráneos.

Graveras Secas

Consisten en excavaciones tridimensionales hasta alcanzar el fondo previsto o lecho del depósito. Se localizan en terrazas altas de depósitos fluviales y se trabaja por encima del nivel del río o freático. Según la profundidad, el avance se realiza con un frente único o escalonado. La maquinaria empleada es típica de cielo abierto, siendo habituales las retroexcavadoras o palas cargadoras sobre ruedas por su accesibilidad visual y mejores condiciones de trabajo.

Graveras con Explotación Bajo Lámina de Agua

El nivel del agua está próximo a la superficie o a cierta profundidad del yacimiento. La extracción se realiza total o parcialmente bajo el agua. Generalmente se usa un solo banco con altura igual a la profundidad del hueco inundado. Si la parte alta está seca, se usa un método mixto. Los equipos más comunes son dragalinas, cucharas de arrastre y retroexcavadoras. El principal inconveniente es la falta de visión sobre los materiales extraídos y la posible contaminación por arcillas o limos. Este método presupone que los terrenos afectados serán abandonados como lagunas, rellenándose parcialmente algunas zonas.

Graveras con Control del Nivel Freático

El método se basa en el control del nivel del agua mediante:

• Conjunto de pozos de bombeo perimetrales al área de explotación.
• Red de zanjas excavadas por debajo del nivel de extracción.
• Pantallas de impermeabilización.

Se requiere un equipo permanente de bombas para mantener el nivel del agua a la altura deseada. La cantidad de agua a bombear puede ser importante.

Canteras de Rocas Ornamentales

Las Rocas Ornamentales

Son un grupo especial de rocas naturales que adquieren interés económico y comercial debido a:

• Su atractivo visual y belleza.
• Características físicomecánicas (textura, durabilidad, etc.).
• Aptitud para el pulido (excepto la pizarra, donde se considera la aptitud al lajado).

Estas propiedades las convierten en materia prima para una industria que, tras su elaboración, permite su comercialización y uso en:

• Materiales nobles de construcción.
• Elementos de ornamentación.
• Arte funerario y escultórico.
• Objetos artísticos y variados.
• Proyectos urbanos que siguen tradiciones locales.

Tipos de Roca Ornamental

La división comercial más aceptada se basa en la dureza o resistencia al corte y cizalladura, y en sus aplicaciones:

Grupo de las pizarras: Materiales blandos de génesis sedimentaria, evaporítica y, en algunos casos, metamórfica, con resistencias a la compresión menores de 400 kg/cm² (40 MPa).

Grupo de los mármoles, calizas y similares: Materiales de origen mayoritariamente metamórfico o ígneo alterado, con resistencias entre 400 y 1000 kg/cm².

Grupo de los granitos y similares: Granitos poco alterados, pórfidos, dioritas, sienitas, gabros, dunitas, etc., de origen ígneo, con resistencias que pueden superar los 2000 kg/cm² (200 MPa).

Otras piedras: Areniscas, cuarcitas, calizas fosilíferas y travertínicas, serpentinitas, alabastros, etc. Esta clasificación no es estricta y puede variar según la importancia de las piedras naturales de cada país.