Asignatura: INGENIERÍA Y MORFOLOGÍA DEL TERRENO Titulación: I.T. MINAS (EXPLOTACIÓN DE MINAS Curso (Cuatrimestre): 2º, PRIMER CUATR Profesor(es) responsable(s): Emilio trigueros Tornero Ubicación despacho: 1ª Planta Edif. Minas Paseo Alfonso XIII, 52. Despacho 54.4. Departamento: Ing. Minera Geológica y Cartográfica Código: 123212002 Tipo (T/Ob/Op): T Créditos (T+P): 4,0+2,0 e-mail: emilio.trigueros@upct.es web: upct.es web: upct.es\departamentos Descriptores de la asignatura según el Plan de Estudios: Mecánica de Suelos. Mecánica de Rocas. Geología Aplicada. Objetivos de la asignatura: Adquisición de los conocimientos de Ingeniería Geotécnica: Mecánica de Rocas y Suelos, necesarios para el diseño de excavaciones mineras y grandes obras tanto a Cielo Abierto como Subterráneas. Nivel de conocimiento suficiente para trabajo en Consultora de Ingeniería. Conocimiento y dominio de las técnicas de reconocimiento Geotécnico del Terreno. Nivel suficiente para su incorporación a un laboratorio de control de calidad donde dirigir los equipos de trabajo. Conocimiento y adquisición de capacidades relacionadas con la evaluación de la estabilidad de las excavaciones: Análisis de la situación a evaluar, consecución de los parámetros mecánicos, adopción de los Modelos más adecuados, trabajo de cálculo con los modelos y síntesis de resultados. Nivel suficiente para dictaminar a nivel de seguridad sobre estas cuestiones. Requisitos previos recomendables: (materias que sean aconsejables para poder cursar adecuadamente la asignatura, tanto en cursos anteriores como en el mismo curso) Geología: Tectónica y Petrología. Física: Mecánica y Resistencia de Materiales. Matemáticas: Cálculo diferencial y Algebra Lineal. Fundamentos de Informática: Manejo de Hojas de Cálculo Excel.
PROGRAMA DE LA ASIGNATURA A) Programa de Teoría (completo): 1ª Parte: INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS PREVIOS. 1. LA GEOTÉCNIA Y SUS APLICACIONES. Rocas y suelos. Mecánica de Rocas y Mecánica de suelos. Informes y estudios geotécnicos. Ingeniería Geotécnica. Los Objetivos de la Geotecnia en Minería. Otras aplicaciones. 2. ESFUERZOS Y TENSIONES EN EL SÓLIDO ELÁSTICO. El sólido rígido y el sólido elástico. Tensión en un punto de una superficie. El equilibrio interno de tensiones en el sólido elástico. Las tensiones en cualquier orientación. 3. ESTADOS BIDIMENSIONALES DE ESFUERZO. CÍRCULO DE MOHR. Aplicación del Círculo de Mohr para la obtención de las tensiones en cualquier orientación. Direcciones principales del esfuerzo. Tensiones en el ensayo de corte directo. 4. DEFORMACIÓN DEL SÓLIDO ELÁSTICO. MÓDULOS ELÁSTICOS. El ensayo de compresión uniaxial. Módulos elásticos: módulo de Young y módulo de poisson de las rocas. Las deformaciones en el interior del sólido elástico: Corrimientos y deslizamientos. Matrices de rigidez. Ley de Hook generalizada. 5. PLASTICIDAD Y DEFORMACIÓN PLÁSTICA. Comportamiento plástico. Comportamientos de las rocas en la post-rotura: frágil, elasto-plástico y reblandecimiento por deformación. 2ª Parte: CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA. 6. EL ESTADO DE TENSIONES EN EL SUBSUELO. Aproximación de Terzaghi. La teoría de Heim. La medida de tensiones In situ. Evolución de tensiones con la profundidad: gradiente geostático y tensión horizontal. Distribución de tensiones alrededor de excavaciones subterráneas. Cavidades circulares y de diferentes geometrías. La tensión en los suelos. Presión intersticial, tensiones absoluta y efectiva. 7. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SUELOS. Volúmenes. Masas. Porosidad e índice de huecos. Densidades y pesos específicos. Propiedades típicas de los suelos. 8. ESTRUCTURA Y CLASIFICACIÓN DE SUELOS. Distribución del tamaño de las partículas del suelo: granulometrías por tamizado y por sedimentación. Superficie específica de las arcillas. Estados mecánicos de las arcillas. Límites de Atterberg e índice de plasticidad. El sistema unificado de clasificación de suelos.
9. PARÁMETROS Y ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN DE SUELOS. Los comportamientos del suelo frente a diferentes solicitaciones: consolidación, compactación y cizalladura. El reconocimiento de los suelos en los estudios geotécnicos. Los ensayos de mecánica de suelos y sus resultados. Ensayos edométricos: procedimiento, datos y resultados del ensayo. Ensayos de hinchamiento de Lambe. Ensayos de compactación Proctor y CBR: procedimientos, datos y resultados de los ensayos. Energía y sistemas de compactación. Ensayos de corte directo: procedimientos, datos y resultados de los ensayos. Tensiones de pico y residuales. El ensayo triaxial: ensayos drenados y no drenados. Orientación del plano de fallo y relación entre las tensiones y los parámetros del suelo. Ensayos de permeabilidad de altura constante y variable Lefranc y Gilg-Gavard. Reconocimiento mecánico In situ. El escisómetro (vane-test). El ensayo Reotest. Los Presiómetros y Dilatómetros. Penetrómetros estáticos y dinámicos. El CPT y el SPT: procedimiento, ejecución y resultados. Caracteristicas comunes de los suelos y de los terraplenes compactados. 10. RECONOCIMIENTO MECÁNICO DE ROCAS. La estructura del macizo rocoso. Los tipos de roca. Los niveles de alteración. Las superficies de discontinuidad: Fallas y diaclasas. Relación entre las fracturas y la tectónica regional. La descripción de las discontinuidades: Orientación. Extensión. Rugosidad y ondulación JRC. Apertura y relleno. Tamaño y forma de bloques: Jv y RQD. Resistencia superficial mediante el martillo de Schmidt. Adquisición de los datos de diaclasado en los afloramientos, taludes, galerías y sondeos. Representación gráfica de los resultados de orientación y espaciado. La proyección estereográfica. La proyección equiareal de Schmidt. El comportamiento mecánico de las rocas: ensayos de compresión uniaxial y triaxial. Influencia del tamaño y de la forma. Comportamiento frágil y dúctil, su reflejo en los niveles estructurales de la corteza. El ensayo brasileño de tracción indirecta. La envolvente de la roca a través de los círculos de Mohr de los ensayos. El comportamiento mecánico del diaclasado. La teoría de Patton. La envolvente de Barton de las juntas. 11. CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS. Clasificación de Terzaghi 1946. Clasificación de Lauffer 1958. Índice RQD de Deere 1967. Índice RSR de Wickman 1972. Índice RMR de Bieniawsky 1976 y 1989. Índice Q de Barton. Uso de las clasificaciones para los proyectos de minería y de tunelización: Diseño de sostenimientos y cálculo de tiempos de estabilidad de vanos libres. Índice GSI de resistencia geológica. 12. ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA DEL MACIZO DE ROCA. Criterio de Hoek y Brown de 1980. Criterio de Hoek y Brown de 2002. Constantes de Hoek y Brown. Obtención de la envolvente del macizo de roca. Paso de Mohr-Coulomb a Hoek y Brown: cálculo de la cohesión y la fricción equivalentes. 3ª Parte: INGENIERÍA DE TALUDES Y CIMENTACIONES. 13. ESTABILIDAD DE LADERAS. Estabilidad de taludes infinitos. Taludes en arena y en seco. Taludes con filtración estacionaria en arena y arcillas.
14. ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCAS Y SUELOS. Importancia del diseño de taludes para la minería a cielo abierto y las obras. Geometría de los deslizamientos en taludes. Influencia de la orientación de los frentes de excavación. Las roturas planas: su predicción, el modelo de análisis y los cálculos de factor de seguridad. Las roturas en cuña: la geometría de la rotura, el modelo de análisis y los cálculos de factor de seguridad por el método completo y por el método simplificado de Hoek y Bray. 15. LA ROTURA CIRCULAR. DISEÑO DE TERRAPLENES, ESCOMBRERAS Y VERTEDEROS. El estado activo y pasivo de Rankine: arena seca, arena húmeda, arcilla saturada y arcilla drenada. El estado de reposo del suelo. Estabilidad de taludes en rocas blandas y en suelos. Método de Bisoph para la estabilidad a largo plazo. Estabilidad para suelos no drenados mediante los ábacos de Taylor. Estabilidad de terraplenes y presas de tierra. Método de análisis simplificado mediante los ábacos de Hoek y Bray. Cálculo de estabilidad de escombreras y vertederos mediante el método de Huang. 16. PRESIÓN DE TIERRAS, MUROS Y EXCAVACIONES. Muros de gravedad: situación resistente en pata y talón. Presión de tierras activa y pasiva para arena seca, arcilla no drenada saturada y drenada. Excavaciones apuntaladas. 17. CIMENTACIONES. Teoría de Bousinesq sobre reparto de cargas en un suelo: caso puntual, lineal y rectangular. Cálculo aproximado del incremento de carga con la profundidad. Bulbos de esfuerzo. Asentamientos elásticos: áreas de reparto rectangulares y circulares. 4ª Parte: MINERÍA Y OBRAS SUBTERRÁNEAS. 18. DISEÑO DE HUECOS SUBTERRÁNEOS. Influencia de la forma en la estabilidad. Diseño de sostenimientos. El diseño de grandes cámaras permanentes. Cámaras y pilares. 19. DISEÑO DE TÚNELES. Diseño y selección del sostenimiento. Curvas características y cálculo de deformaciones. Diseño estructural activo. El efecto de los bulones y los cables. El hormigón proyectado. 20. CONTROL Y SEGUIMIENTO: INSTRUMENTACIÓN Y MEDIDA, REPERCUSIONES EN SUPERFICIE. El control geotécnico de deslizamientos. Los inclinómetros y fisurómetros. La medida de convergencias en cavidades y túneles subterráneos.. Introducción a los efectos de subsidencia: Ángulos de influencia y áreas críticas. Los hitos topográficos y la medida de subsidencias. Efectos a lo largo del tiempo: movimientos progresivos y regresivos.
B) Programa de Prácticas (completo): Denominación de la práctica Duración Análisis granulométrico de un suelo mediante tamizador y sedimentación. Determinación de humedad y densidades. Preparación de las curvas granulométricas. Determinación de los límites de Atterberg y de la curva Tipo de práctica (Aula, laboratorio, informática) Ubicación física (sede Dpto., aula informática...) 2 horas Laboratorio Laboratorio Área 2 horas Laboratorio Laboratorio Área Proctor. Ensayo edométrico. 2 horas Laboratorio Laboratorio Área Toma de datos de orientación y espaciamiento del diablasado. Obtención de testigos de afloramiento. Obtención de los índices de Schmidt. Obtención de testigos de roca con perforadora eléctrica y corona. Ensayos mecánicos de rocas: resistencia a compresión, con la obtención de módulos de Young y Poisson. Ensayo brasileño. Estudio del diaclasado de la práctica de campo con obtención de mapas de densidad. PROGRAMA DIPS Utilización de programas de ordenador para el Diseño y cálculo de taludes en rocas. EXCEL, SWEDGE y SLIDE. Visita a un laboratorio de Control Geotécnico de edificación. Visualización de máquinas y organización. 3 horas Campo Cantera de áridos en la Región de Murcia. 2 horas Campo Cantera de áridos en la Región de Murcia. 2 horas Laboratorio Laboratorio Área 2 horas Aula Informática Laboratorio I+D Área Explotación de 2 horas Aula Informática Laboratorio I+D Área Explotación de 3 horas Visita Laboratorio de Control Geotécnico en Cartagena
C) Bibliografía básica: 1 Ayala Carcedo, 1991. MANUAL DE INGENIERÍA DE Ed: I.T.G.M.E. F.J. et al. TALUDES. 2 Berry, P.L., Reid, 1993. MECÁNICA DE SUELOS Ed: McGraw-Hill Londres D. 3 Costet, J. & 1972. CURSO PRÁCTICO DE MECÁNICA Ed: Omega Barcelona Sanglerat, G. DE SUELOS. 4 Cuadra, L. 1974. CURSO DE LABOREO DE MINAS Ed: Fundación Gómez Pardo. 5 Goodman, R.E. 1989 INTRODUCTION TO ROCK John Wiley & London MECHANICS. Sons. 6 Hoek, E. Brown, 1980. UNDERGROUND EXCAVATIONS IN I.M.M. Ed: London E.T. ROCK. Capman & Hall 7 Hoek, E. Bray, 1981. ROCK SLOPE ENGINEERING. I.M.M. Ed: London J.W. Capman & Hall 8 Hoek, E. 2000 ROCK ENGINEERING COURSE www.rocscience. Toronto NOTES com 19 Hustrulid, W.A. 2000 SLOPE STABILITY IN SURFACE S.M.E. New York et Al. MINIG. 10 Jiménez Salas, 1981. GEOTÉCNIA Y CIMIENTOS I, II, IIIa Ed: Rueda. J.A. De Justo Alpañes, J.L. Y IIIb tomos. 11 Lambe, William T. Whitman, 1998. MECÁNICA DE SUELOS. MIT. Ed. Limusa Mexico. Robert V. 12 López Jimeno, 1997. MANUAL DE TÚNELES Y OBRAS Carlos et al. SUBTERRÁNEAS. 13 Mattauer, M. 1990. LAS DEFORMACIONES DE LOS MATERIALES DE LA CORTEZA TERRESTRE. 14 González de Vallejo, L y Ferrer, M. 1999. MANUAL DE CAMPO PARA LA CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS EN AFLORAMIENTOS Ed: Entorno Gráfico, S.L. Ed: Omega. ITGME. Barcelona 15 Ortiz Berrocal, I. 1980. CURSO DE ELASTICIDAD Y Ed: Universidad RESISTENCIA DE MATERIALES. Politécnica. 16 Puy Huarte. 1977. PROCEDIMIENTO DE SONDEOS. Ed: JEN 17 Ramirez Oyanguren, P. et al. 18 Ramirez Oyanguren, P. et al. 19 Stagg & Zienkiewicz. 20 Trigueros Tornero, E. 1991. MECÁNICA DE ROCAS APLICADA A LA MINERÍA METÁLICA SUBTERRÁNEA. 1980. REPERCUSIONES EN SUPERFICIE DE LAS EXPLOTACIONES MINERAS SUBTERRÁNEAS Y MEDIDA DE LAS DEFORMACIONES Y TENSIONES. 1970. MECÁNICA DE ROCAS EN LA INGENIERÍA PRÁCTICA. 1993. INTRODUCCIÓN A LA INVESTIGACIÓN Y PROSPECCIÓN MINERA. Ed: I.T.G.M.E. Ed: Fundación Gómez Pardo. Ed: Blume. Ed: Universidad de Murcia. Murcia 21 Craig, R.F. 1997. SOIL MECHANICS. Ed: E&F SPON. London 22 González de 2002 INGENIERÍA GEOLÓGICA Ed: Pearson Vallejoet al. Education
D) Criterios de evaluación del alumno: Se considera aprobado aquel alumno cuya nota del examen supere 4,0 puntos, habiendo completado obligatoriamente el 80% de las prácticas, siempre y cuando: Nota del Examen + Nota de prácticas > 5,0 Nota del Examen: Promedio de la parte de teoría y la de problemas. Parte de teoría se formulan 6 cuestiones teorico-prácticas del programa de teoría con una puntuación de 1,0 puntos por cuestión debiendo, superar 2,4 ptos. para promediar. Parte de problemas se formulan 2 problemas del programa con una puntuación total de 4,0 puntos, debiendo superar 1,6 ptos. para promediar. Nota de Prácticas: Cada grupo de prácticas, de 2 alumnos como máximo, efectuará una práctica a su elección, completando todos los trabajos de preparación necesarios con el auxilio del profesor. Entregará un informe resumen de un máximo de 3 páginas. La nota podrá llegar hasta 0,6 pto. Se puntuará la presencia activa en el resto de clases de prácticas no preparadas por el alumno con 0,1 puntos hasta un máximo de 0,4. E) Observaciones: Apuntes Para facilitar el seguimiento de la asignatura el profesor pondrá a disposición del alumno unos apuntes procedentes de toda la bibliografía básica, que podrán ser fotocopiados, sin que el contenido de la asignatura se limite al de esos apuntes ya que serán completados durante las clases de teoría. Los apuntes en ingles serán explicados y traducidos en clase dando la oportunidad al alumno de conocer el vocabulario básico de esta disciplina. Examen Para los problemas se debe manejar toda la información técnica que se considere oportuna y emplear cualquier tipo de calculadora u ordenador. Es recomendable el uso de calculadoras programables y de ordenadores portátiles para el uso de hojas de cálculo.