Modificación del sistema GSI en función de la escala de análisis de estabilidad de taludes en macizos rocosos

Abstract

Se ha observado una cantidad considerable de análisis de estabilidad de taludes en macizos rocosos en los que se considera el Índice de Resistencia Geológica GSI obtenido a nivel de afloramientos como dato de entrada para definir la resistencia del macizo rocoso. Este procedimiento no se considera adecuado cuando la escala del afloramiento rocoso y la escala del talud analizado es significativamente diferente, tal como ocurre por ejemplo en los taludes de un tajo abierto, dando como resultado una sobrestimación de la resistencia del macizo rocoso en los análisis mencionados. Por este motivo, y ante una ausencia de criterios para reducir el valor del GSI en función de la escala de análisis, en la presente tesis se propone una versión modificada del Índice GSI, denominado GSIe o “GSI escalado”. Para definir una expresión que permita obtener directamente el valor del GSIe en función de las características del macizo rocoso, se han realizado análisis de estabilidad en una serie de taludes hipotéticos mediante dos enfoques: el primero considera que el macizo rocoso es un medio discontinuo conformado por bloques de roca intacta independizados por las discontinuidades; y el segundo considera que el macizo rocoso es un medio continuo equivalente caracterizado por el índice GSI escalado, el cual permite obtener un factor de seguridad y una superficie de rotura similares a lo obtenido con el primer enfoque. Con los resultados obtenidos, se ha propuesto una formulación para obtener el valor de GSIe, definida en función de la altura del talud, el espaciamiento entre fracturas, la resistencia de la roca, la persistencia y la condición de las discontinuidades. Finalmente, se ha validado la formulación propuesta aplicándola en cinco casos de taludes mineros en los cuales se ha producido la rotura.

A considerable amount of slope stability analysis has been observed in jointed rock masses in which the GSI (Geological Strength Index) estimated at the outcropping level is considered input data to define the rock mass strength. However, this procedure is unsuitable when the rock outcrop scale and the slope scale are significantly different (e.g., open pit slopes), resulting in an overestimated rock mass strength. For this reason, and in the absence of criteria to modify the GSI based on the scale effects, in this research, a new GSI version is proposed, called GSIe or “scaled GSI“. To define an expression for obtaining the GSIe in terms of the rock mass properties, comparative stability analyzes were conducted in a series of hypothetical slopes using two approaches: the first considers the rock mass as a discontinuous medium of rock blocks separated by discontinuities; the second considers the rock mass as an equivalent continuous medium characterized by a scaled GSI. For the adequate scaled GSI value, evaluated in each analyzed slope, a safety factor and a failure surface are similar in both approaches. In conformity with the results, a GSIe formulation in terms of the slope height, the spacing, the intact rock strength, the persistence, and the joint conditions has been proposed. Finally, the formulation was validated by applying it in five cases of mining slopes where the failure occurred.