Cap.5 - Prospeccion - Explotacion De Canteras

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de INGENIERÍA Escuela Académico Profesional de INGENIERÍA HIDRÁULICA

Curso:GEOLOGIA APLICADA

CAPITULO V: PROSPECCIÓN EVALUACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE CANTERAS Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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Capítulo V: PROSPECCION - EVALUACIÓN Y EXPLOTACION DE CANTERAS. • Rocas importantes para la construcción. Propiedades físicas y químicas – Explotación de canteras Métodos de explotación – Fuentes de arena y grava. Áridos para el hormigón (concreto) – Materia prima para materiales cementantes, calizas, arcillas, yeso, materia prima para la fabricación de ladrillo, tejas, etc. – Principales yacimientos de materiales de construcción en Cajamarca.

Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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• ROCAS PARA LA CONSTRUCCIÓN • 1.- LAS ROCAS • Por constituir un material natural, la roca no precisa para su empleo más que la extracción y la transformación en elementos de forma adecuada. Sin embargo, es necesario que reúna una serie de cualidades que garanticen su aptitud para el empleo a que se destine. Estas cualidades dependen de su estructura, densidad, compacidad, porosidad, dureza, composición, durabilidad, resistencia, a los esfuerzos a que estará sometida, etc.

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• ROCAS PARA LA CONSTRUCCIÓN • Desde la Prehistoria el Hombre a utilizado las rocas en su vida cotidiana, en sus instrumentos de caza o cocina, a través del tiempo hasta nuestros días ha podido convertir trozos de roca y algunos minerales, en hermosas obras de arte, como son las maravillas del mundo: coliseo romano, pirames o el cristo corcovado. En todas estas mega construcciones se han utilizado los materiales adecuados, la dureza y resistencia de estos, son elementos importantes en la belleza de estas obras.

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LOS TIPOS DE ROCAS La palabra roca comprende todos los constituyentes sólidos de la corteza terrestre, ya sea compactos como el granito, granulares como la arena, o térreos como las arcillas. Se clasifican en (por su formación) a. Rocas ígneas b. Rocas sedimentarias c. Rocas Metamórficas

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ROCAS IGNEAS EXTRUSIVAS Aquellas que han salido a la superficie y se han enfriado lenta o violentamente en ella, a través de las erupciones volcánicas, entre las principales tenemos: - Andesita, basalto, riolita y la traquita

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ROCAS IGNEAS INTRUSIVA Son aquellas que se enfriaron y se solidificaron a grandes profundidades y presiones, algunas veces afloran en grandes masas debido a movimientos de la corteza terrestre y por los procesos de erosión. Se caracteriza por que su grano es muy pequeño. Entre las principales tenemos: - Granito, sienita, diorita y el gabro

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ROCAS IGNEAS FILONEANAS (HIPOABISALES) Son aquellas que ocupan un espacio intermedio entre las extrusivas y las intrusivas, por eso tienen una estructura parcialmente cristalina, estas rocas se presentan en forma de mantos.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de INGENIERÍA Escuela Académico Profesional de INGENIERÍA HIDRÁULICA ROCAS SEDIMENTARIAS

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Son el resultado de la meteorización de las rocas pre existentes. Los restos meteorizados de la roca son transportados constantemente por la acción de los rios, viento, olas y hielo y luego son depositados en lugares como lagos, valles de río, mares etc. Las rocas sedimentarias suelen encontrarse en capas o estratos, por su resistencia mecánica las más empleadas son: - Piedra caliza. - Dolomita. wmorales @unc.edu.pe

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ROCAS METAMORFICAS Las rocas ígneas y sedimentarias pueden rehacerse, y convertirse en rocas metamórficas. Hasta las rocas metamórficas pueden sufrir metamorfosis y convertirse en otro tipo de roca metamórfica. FACTORES PRINCIPALES PRESION – TEMPERATURA Y FLUIDOS

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ROCAS PARA LA CONSTRUCCIÓN MODOS DE USO DE LAS ROCAS EN LA CONSTRUCCIÓN: * Como elemento resistente. * Como elemento decorativo. * Como materia prima para la fabricación de otros materiales.

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USOS CIMENTACION

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ROCAS PROPIEDADES Durabilidad – Resistencia al Intemperismo agentes externos Dependiendo del uso y a la exposición • Ejemplo piedra caliza no es utilizable cuando se utiliza en elementos que van a ser utilizados en contacto con ácidos • Dureza Es la resistencia que ofrece un mineral a ser rayado por otro como patrón se emplea la conocida Escala de Mohs Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de INGENIERÍA Escuela Académico Profesional de INGENIERÍA HIDRÁULICA Dureza

ESCALA DE MOHS

Mineral

Comentario

Composición química

1

Talco

Se puede rayar fácilmente con la uña

Mg3Si4O10(OH)2

2

Yeso

Se puede rayar con la uña con más dificultad

CaSO4·2H2O

3

Calcita

Se puede rayar con una moneda de cobre

CaCO3

4

Fluorita

Se puede rayar con un cuchillo

CaF2

5

Apatito

Se puede rayar difícilmente con un cuchillo

Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)

6

Ortoclasa

Se puede rayar con una lija de acero

KAlSi3O8

7

Cuarzo

Raya el vidrio

SiO2

8

Topacio

Raya a todos los anteriores

Al2SiO4(OH-,F-)2

9

Corindón

Zafiro y rabies son formas de corindón

Al2O3

10

Diamante

Es el mineral natural más duro

C

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Explotación de canteras Métodos de explotación

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¿QUE ES UNA CANTERA?

Es el conjunto de labores que se llevan a cabo con la finalidad de explotar el material útil en la construcción. En este caso hablamos de recuperar las rocas duras para clasificarlas y transformarlas en arena, ripio, agregados F y G., material de base y sub base, etc, Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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• COMO SE EXPLOTA UNA CANTERA? • Aprovechando de la pendiente, el depósito de material pétreo, se divide en capas horizontales, con la finalidad de explotar varias capas (Bancos) simultáneamente. • De esta manera, la cantera va adquiriendo la forma escalonada. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de INGENIERÍA Escuela Académico Profesional de INGENIERÍA HIDRÁULICA FORMA DE EXPLOTACIÓN de CANTERA ESCALONADA

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ELEMENTOS DE UN BANCO

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EVALUACIÓN DE YACIMIENTOS Y RESERVAS Algunos criterios operativos • Altura de banco: Limitada por normativa al alcance del cucharón de la pala, si es arranque directo. Si se utiliza bulldozer para arranque y empuje, no se limita la altura pero sí la pendiente máxima de trabajo (25%) . Plataformas de trabajo: Deben permitir el movimiento sin riesgo de máquinas y personal. Suficientes para giro de volquetes

• Bermas: Si la altura del paquete es superior al talud máximo permitido. En operación su altura será al menos la de la plataforma de trabajo. En situación final debe permitir la estabilidad del talud. Normalmente V=1/H=4. . Pistas y rampas: 3 ó 4 veces más anchas que la anchura del mayor volquete. Pendiente recomendable del 8% • El espacio de trabajo o módulo va evolucionando a medida que avanza la gravera. La restauración debe ser simultánea con la explotación.

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EVALUACIÓN DE YACIMIENTOS Y RESERVAS La base de cualquier proyecto es la planificación de las actividades a realizar. Así, en Investigación no metálica para materiales de construccion, se suele subdividir el trabajo en tres etapas claramente diferenciadas, de forma que solamente se aborda la siguiente en caso de que la anterior haya cumplido satisfactoriamente los objetivos previstos. Pueden recibir distintos nombres, en términos generales se trata de una fase de preexploración, una de exploración y otra de evaluación. Si incluso ésta última alcanza los resultados previstos se realiza un estudio de viabilidad económica.

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EVALUACION DE YACIMIENTOS Y RESERVAS Preexploración: Tiene por objeto determinar si una zona concreta, normalmente de gran extensión, presenta posibilidades de que exista un tipo determinado de cantera. Esto se establece en función de la información de que disponemos sobre esa cantera, sobre la geología de la zona de estudio. Suele ser un trabajo fundamentalmente de gabinete, en el que contaremos con el apoyo de información bibliográfica, mapas, fotos aéreas, imágenes de satélite, etc., aunque puede incluir alguna salida al campo para reconocer las zonas de mayor interés. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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EVALUACION DE YACIMIENTOS Y RESERVAS Exploración: Una vez superada satisfactoriamente la anterior, las posibilidades de la zona estudiada, se pasa al estudio sobre el terreno. En esta fase aplicaremos las diversas técnicas disponibles para llevar a cabo de forma lo más completo posible el trabajo, dentro de las posibilidades presupuestarias del mismo. Su objeto final debe ser corroborar o descartar la hipótesis inicial de existencia de un deposito del tipo prospectado de acuerdo a nuestras necesidades. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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EVALUACIÓN DE YACIMIENTOS Y RESERVAS Evaluación: una vez que hemos detectado una zona de interés y con una reserva favorable, pasamos a llevar a cabo su evaluación o valoración económica. A pesar de lo que pueda parecer, los datos de ésta no son aún concluyentes, y debe ir seguida, en caso de que la valoración económica sea positiva, de un estudio de viabilidad, que contemple todos los factores geológicos, sociales, ambientales, etc., que pueden permitir (o no) que una explotación se lleve a cabo. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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CICLO DE LOS YACIMIENTOS NO METÁLICOS

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La producción de la minería no metálica Los productos mineros no metálicos con mayor volumen de producción (más de 100 mil toneladas) en el Perú son: caliza, hormigón, sal común, arena, arcilla, puzolana y boratos (incluyendo ulexita).

caliza Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN

• GRAVERAS: – Arranque directo.

– CANTERAS: Arranque con explosivos.

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PASOS PREVIOS - IDENTIFICAR POSIBLE ZONA - ESTUDIOS DE VIABILIDAD - OBTENCIÓN DE LOS PERTINENTES PERMISOS - COMPRA DE TERRENOS

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IDENTIFICACIÓN DE LA ZONA - DOCUMENTACIÓN SOBRE POSIBLES ZONAS - ESTUDIOS GEOLÓGICOS - ANTIGUAS LABORES MINERAS - PROXIMIDAD DE OTRAS CANTERAS - ZANJAS Y CALICATAS - SONDEOS CON Y SIN RECUPERACIÓN DE TESTIGO

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ESTUDIOS DE VIABILIDAD - CÁLCULO DE ESPESORES - DETERMINACIÓN DE CALIDAD DEL MATERIAL - CÁLCULO DE RATIOS ESTÉRIL/MINERAL - PERSPECTIVAS DE VENTAS DE MATERIAL EN LA ZONA

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OBTENCIÓN DE PERMISOS - INVESTIGACIÓN, EXPLORACIÓN, EXPLOTACIÓN… - DECLARACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL - INSTALACIÓN DE PLANTA INDUSTRIAL Etc…

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COMPRA DE TERRENOS NEGOCIACIONES CON AYUNTAMIENTOS , COMUNIDADES Y PROPIETARIOS

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INICIO DE LAS LABORES Importante en todo momento tener claros los límites de la futura explotación. - MARCAR LÍMITES - CONCESIÓN - PROPIEDAD

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UBICACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

- Cuidadosa elección del emplazamiento - Minimizar el impacto visual ( Buscar las cotas más bajas del terreno o aprovechar huecos existentes)

- Lo mas cerca posible de los frentes de explotación - Planificación de accesos, pasos de vehículos y peatones, oficinas y servicios, báscula de ventas, zona de residuos, --- Zonas de mantenimiento y talleres… etc. = NECESIDAD DE MAYORES SUPERFICIES. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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METODOS DE EXPLOTACION Diseño y explotación de Graveras: Generalidades • Las graveras contienen áridos naturales sueltos, generalmente silíceos, pero también calizos. • Las rocas más frecuentes son: cuarcita, granito, cuarzo y rocas metamórficas, según las áreas de origen. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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¿Qué son los áridos? O agregados • Los áridos, (también llamados agregados), se definen como materiales compuestos de partículas de origen pétreo, duras, de forma y tamaño estables.

• Entre ellos se encuentran: La arena, grava, arcillas y rocas de todas dimensiones. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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Agregados • Son fragmentos de roca que pueden ser combinados (o agregados) para obtener una mezcla a utilizarse en la construcción. • Generalmente se entiende por "agregado" a la mezcla de arena y piedra de granulometría variable.

• La base de la mezcla generalmente descansa sobre el tamaño del fragmento: si se requiere un agregado poroso se utilizan fragmentos de tamaño similar, si se requiere uno más compacto se utiliza distintos tamaños para que los fragmentos menores rellenen el espacio dejado por los mayores. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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Agregados • El agregado puede ser mezclado con cemento (concreto ) o bitumen (ASFALTO) o utilizarse suelto como en las presas de tierra. • La arena y la grava se extraen de depósitos naturales por medio de fosas o pozos y posteriormente son pasadas por tamices para obtener los tamaños requeridos. • Las rocas se extraen de canteras, luego son trituradas y posteriormente tamizadas. • Usualmente las fracciones más finas contienen cantidades inaceptables de arcilla y polvo de roca y debe ser eliminada ( o rechazada) Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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Clasificación según tamaño.

Según el tamaño de las partículas que lo componen, se clasifican de acuerdo al siguiente criterio:

• Grava : Árido cuyas partículas tienen tamaños comprendidos entre 20 y 40 mm, con las tolerancias dadas en las especificaciones tecnicas • Gravilla : Árido cuyas partículas tienen tamaños comprendidos entre 5 y 20 mm, con las tolerancias dadas en las ET. • Arena : Árido cuyas partículas tienen tamaños comprendidos entre 0.16 y 5 mm, con las tolerancias dadas en las ET. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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Clasificación según textura superficial de las partículas.

• Agregado chancado (árido tratado): Aquel árido proveniente de un proceso industrial. Normalmente chancado o triturado, separado por tamaños y lavado. Sus partículas presentan caras rugosas y de forma irregular, pero cercanas a una forma cúbica. • Agregado rodado (árido natural): Aquel árido que proviene de ríos o empréstitos naturales. Su proceso de producción contempla básicamente la separación por tamaños y el lavado. Sus partículas presentan caras lisas y suaves y son de forma redondeada. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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Adecuabilidad • Un material puede ser inadecuado para utilizarse como un agregado si la forma de sus fragmentos son hojosos o alargados y por lo tanto son rechazadas

las lutitas y los esquistos. • Los depósitos de arena y grava no son adecuados si: contienen arcilla, ya sea rodeando a los fragmentos o como pequeños bolsones, mica, conchas, fragmentos de carbón o turba, en cantidades que afecten su función. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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Adecuabilidad Las rocas que no proporcionan fragmentos duraderos capaces de retener su masa cuando son expuestos a diferentes condiciones no son una fuente adecuada de agregado. Ej: algunas calizas y areniscas débiles, rocas arcillosas. La arena, la grava y la roca que contenga minerales que reaccionan con el cemento son inadecuados como agregados del concreto. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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La adecuabililidad de un material para ser usado como agregado se evalúa según: •Granulometría •Forma y textura de las partículas •Gravedad específica de fragmentos •Densidad de la mezcla •Exámen petrográfico microscópico. Los materiales y las rocas que los contengan en cantidades de 0.5 a 1% son indeseables y no pueden ser utilizados sin someterlos a pruebas: -fragmentos orgánicos, evaporitas (yeso, anhidrita, sales) -óxidos de hierro hidratados (limonita, goetita, hematita,magnetita) - sulfuros y sulfatos (galena, esfalerita, pirita, calcopirita; yeso, anhidrita) -ópalo , calcedonia, muchas zeolitas y olivino.

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No adecuado para Arenas

Lajas

Piedras

Piedras

Piedras

Porosas

Livianas

con arcilla

Piedras Blandas

adherida

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LOS PILARES BÁSICOS EN PRODUCCIÓN

• PRODUCCIÓN • SEGURIDAD • CALIDAD • MEDIO AMBIENTE • Uno sólo de ellos no es válido, debe buscarse el equilibrio entre los cuatro factores.

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USOS Y APLICACIONES DE LAS ROCAS Y MINERALES INDUSTRIALES POR SUBSECTORES ECONÓMICOS

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Rocas Minerales Industriales en el Perú

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 Se estima que la producción de Rocas Minerales Industriales en el Perú, está alrededor de los 45 a 50 millones de toneladas (incluido lo áridos)  En el 2009 se exportó alrededor de 114 millones de dólares, divisas que ingresaron al país. Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes

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PRINCIPALES YACIMIENTOS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN EN CAJAMARCA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de INGENIERÍA Escuela Académico Profesional de INGENIERÍA HIDRÁULICA CANTERA EL GAVILÁN Se encuentra a 3250 m.s.n.m., al sur este de la ciudad de Cajamarca en las faldas del cerro Ventanilla cerca del Abra El Gavilán al costado derecho de la carretera Cajamarca - Pasamayo. Tiene una extensión aproximada de 37 hectáreas. IDENTIFICACION GEOLOGICA: La unidad litológica predominante es casi homogénea consiste en una alternancia de areniscas cuarzos en la parte inferior y cuartillas blancas en bancos gruesos en la parte superior de la roca. CARACTERISTICAS FISICAS

PROMEDIO

Dureza

6.00

Tamaño max. (pulg)

Densidad aparente

3.02

(gr/cm3)

PROPIEDADES

AGREGADO FINO

AGREGADO GRUESO

-

1

Modulo de finura

2.77

-

Peso especifico de masa (gr/cm3)

2.58

2.51

Densidad real (gr/cm3)

3.08

Peso especifico aparente (gr/cm3)

2.77

2.58

Contenido de humedad (%)

1.04

Absorción (%)

2.61

1.052

Compasidad

0.98

Cont. De humedad (%)

8.28

1.86

Porosidad (%)

2.06

Peso unitario suelto (kg/cm3)

1583.31

1417.20

Grado de absorción (%)

1.82

Peso unitario compacto (kg/cm3)

1783.99

1530.44

Capilaridad (gr.min/m2)

20.26

19

12.10

11.10

1.10

-

66.00

Salinidad Materiales finos (%) Abrasión (%)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de INGENIERÍA Escuela Académico Profesional de INGENIERÍA HIDRÁULICA CANTERA “LA COLLPA I y II” Se encuentra a una altitud de 2800 m.s.n.m.; se encuentra localizada al sur este de la ciudad de Cajamarca a un costado derecho de la carretera Cajamarca - Jesús, a 11 Km. de Cajamarca.

CANTERA EL GUITARRERO Esta ubicada al sur este, a 5Km de la Ciudad de Cajamarca, al costado de la carretera Cajamarca - Pasamayo. Su altitud es de 2850m.s.n.m. Las rocas de la cantera El Guitarrero son de grano fino y grueso constituido por gravas, gradillas y arenas en forma angular.

CANTERA AGOCUCHO En la parte inferior de la cantera encontramos areniscas cuarzos y con la parte superior cuartillas blancas, la roca se encuentra muy fracturada por distrofismo.

Esta al sur este y a 9 Km. de Cajamarca tiene dos zonas ( A y B), su altitud es de 2700 m.s.n.m. y esta situada cerca a la hacienda la Colla. Las zonas A y B de Agocucho II, constituyen un depósito de material, aluvio coluvial, el cual contiene limos con oxidaciones de fierro El suelo de la cantera en estudio, no tiene cohesión por eso tiene una estructura granular simple, la cual puede suelta o densa, no presenta estratos definidos.

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