Análisis comparativo de métodos empíricos para la evaluación de taludes rocosos integrando aspectos geológicos y ambientales
Authors:   , Borja Bernal Cesar Patricio 
Published: December 2024

The study of processes that lead to slope instability and the methodologies that facilitate their classification is crucial for enhancing public safety, preventing natural disasters, and promoting best practices in geotechnical engineering. This research aims to evaluate and compare various empirical methods for analyzing the stability of rock slopes in different geological and environmental contexts, proposing alternatives that advance the state of the art in this field.

The proposed methodology begins with an evaluation and synthesis of the current state of knowledge. Bibliographic and bibliometric techniques were employed to identify the most promising methods for investigation, alongside a review of the scientific output related to empirical methods for rock slope stability analysis over the past 38 years. The results of the scientific production analysis in this area demonstrate a sustained increase in high-impact scientific publications from 1984 to 2022, with a notable surge beginning in 2013.

This trend suggests a growing dominance in the scientific community, indicating an increasing interest in published results and a potential sustained rise in high-impact articles in the future. An analysis of bibliographic citations highlights the significance of the Q-slope method, which, despite being relatively recent, has garnered a substantial number of citations compared to other empirical techniques for evaluating rock slope stability.

The study has also identified five key research areas that underpin the enhancement of scientific knowledge in this domain: i) geomechanical criteria and parameters for calculating safety factors, ii) empirical methods for classifying rock slopes, iii) numerical analysis and finite element methods for slope stability, iv) computational analysis of the strength properties of rock masses, and v) geomechanical methods for evaluating rock masses.

This research contributes to the body of scientific knowledge related to the Q-slope geomechanical method and its applicability across various climatic and geological contexts. It stands out by providing a geomechanical characterization of rock slopes, considering critical variables such as geographic location, climate, lithology, and failure types, statistically demonstrating an overall accuracy of 80% in implementing the Q-slope method in Andean countries.

The findings emphasize the importance of stereography in the Q-slope method, particularly in scenarios where rock slopes exhibit complex structures, such as multi-faced slopes. These slopes present variations in the orientation of discontinuities along different exposed faces of a single cut, potentially leading to distortions or confusion when applying empirical classification methods for rock slopes. The thesis also investigates a less-studied variable: the effect of ice wedges on rock slopes, while deepening the understanding of photogrammetry and its applications in engineering and education, providing a holistic perspective on the topic.

This approach allows for the collection of relevant data that is subsequently evaluated using empirical analysis methods, such as Q-slope. Finally, the research introduces improvements to the methodology proposed by Barton in 2015, streamlining the process of gathering geomechanical information in situations of rock slope instability by summarizing input parameters in various graphical formats. These enhancements facilitate an effective and precise application of the Q-slope methodology, particularly where construction techniques and ground stability are critical.

In summary, this study advances scientific, technical, and pedagogical knowledge in the classification of rock slopes. It provides an updated overview of existing information and proposes enhancements to the processes and methods used for empirical stability evaluation. Furthermore, it establishes a solid foundation for future research, promoting the refinement and development of both existing and nov

RESUMEN

El estudio de procesos que generan inestabilidad de taludes y las metodologías que facilitan su clasificación son de suma importancia para mejorar la seguridad pública, prevenir desastres naturales y promover buenas prácticas en la ingeniería geotécnica. La presente investigación tiene como objetivo evaluar y comparar diversos métodos empíricos de análisis de estabilidad de taludes rocosos en diferentes contextos geológicos y ambientales, proponiendo alternativas que mejoren el estado del arte del área de estudio.

La metodología propuesta se inicia evaluando y sintetizando la situación actual del conocimiento, para lo cual se aplicaron técnicas bibliográficas y bibliométricas, que permitieron identificar los métodos más prometedores para la investigación, así como el desarrollo de la producción científica relacionada con los métodos empíricos para análisis de estabilidad de taludes rocosos de los últimos 38 años. Los resultados del análisis de producción científica en el área del conocimiento demuestran que el área estudiada ha experimentado un crecimiento sostenido en la cantidad de publicaciones científicas de alto impacto desde 1984 hasta el 2022, con un notable aumento a partir de 2013.

Esto sugiere que existe una tendencia creciente del dominio científico, anticipando al mismo tiempo el interés sobre los resultados publicados y un posible incremento sostenido de artículos científicos de alto impacto en el futuro. Al analizar las citas bibliográficas, se destaca la relevancia del método Q-slope, el cual, a pesar de ser el más reciente, cuenta con una cantidad de citas significativas en comparación con otras técnicas empíricas para la evaluación de estabilidad de pendientes rocosas.

El estudio también ha identificado cinco áreas primordiales de investigación sobre las que se basa el enriquecimiento del saber científico en esta área del conocimiento, i) criterios y parámetros geomecánicos para el cálculo de factores de seguridad, ii) métodos empíricos para clasificación de taludes rocosos, iii) análisis numérico y de elementos finitos para estabilidad de taludes, iv) análisis computacional de las propiedades de resistencia de macizos rocosos y v) métodos geomecánicos para evaluación de macizos rocosos.

La investigación contribuye a la ampliación del acervo científico relacionado con el método geomecánico Q-slope y su aplicabilidad en diferentes contextos climáticos y geológicos. La investigación destaca por realizar un estudio sobre la caracterización geomecánica de taludes rocosos, considerando variables importantes como la ubicación geográfica, el clima, la litología y el tipo de falla, demostrando estadísticamente que se puede llegar a una precisión global del 80% en la implementación del método Q-slope en países andinos.

Los resultados resaltan la importancia de la estereografía en el método Q-slope, especialmente en escenarios donde los taludes rocosos presentan estructuras complejas, como taludes de caras múltiples. Estos taludes combinan variaciones en la orientación de las discontinuidades con las diferentes caras expuestas de un mismo corte, lo que puede provocar distorsión o confusión al aplicar métodos empíricos para clasificación de taludes rocosos. La tesis analiza una variable poco estudiada; el efecto de las cuñas de hielo en taludes de roca, y profundiza el conocimiento de la fotogrametría y su aplicación en la ingeniería y enseñanza, proporcionando una visión holística del tema de estudio. Esto permite obtener datos relevantes que posteriormente son evaluados mediante métodos de análisis empírico, como el Q-slope. Por último, la investigación introduce mejoras a la metodología propuesta por Barton en 2015, facilitando el procedimiento de recopilación de información geomecánica en situaciones de inestabilidad de taludes rocosos: se resumen los parámetros de entrada en varios gráficos. Estas mejoras permiten un manejo eficaz y preciso de la metodología Q-slope, especialmente donde las técnicas constructivas y la estabilidad del terreno son críticas.

En resumen, el estudio contribuye al avance del conocimiento científico, técnico y pedagógico en el ámbito de la clasificación de taludes rocosos. Proporciona una actualización de la información existente y propone mejoras en los procesos y métodos de evaluación de estabilidad de taludes por métodos empíricos. Además, establece una base sólida para nuevas investigaciones, promoviendo el perfeccionamiento y desarrollo de metodologías existentes y futuras.