La alteración del macizo rocoso debida al proceso de excavación puede ser caracterizada por el Factor de Daño D. Este parámetro fue introducido en el criterio de rotura de Hoek-Brown en 2002 (Hoek et al., 2002), para considerar la alteración provocada por la voladura o por la relajación de tensiones debida a la excavación.
El Factor de Daño toma valores entre 0 y 1. De este modo, es posible diferenciar entre un macizo rocoso sin alterar ( = 0), por ejemplo en el caso de un túnel excavado con tuneladora, y un macizo rocoso con un daño local severo ( = 1), debido, por ejemplo, a una voladura de muy mala calidad.
El Factor de Daño se emplea para calcular los parámetros ¬, y & que definen el criterio de Hoek- Brow de acuerdo a las expresiones presentadas en Hoek et al. (2002). Como Hoek (2012) muestra, un incremento de reduce la resistencia del macizo rocoso y su módulo de deformabilidad; esta reducción es más o menos significativa dependiendo de los parámetros P y <=. Cuando se analiza la estabilidad del frente del túnel, valores de mayores que 0 aumentan el riesgo de fallo y los valores de la presión de colapso.
En este segundo estudio se ha considerado una sección circular de 10 m de diámetro (las conclusiones obtenidas son extrapolables a otras geometrías de sección transversal). Se han tomado valores de la
resistencia a compresión simple (NP) entre 1 y 25 MPa y valores del <= de 20, 40, 60 y 80, con P = 5 y un peso específico del material de = 25 kN/mX.
De acuerdo a Hoek (2012), cuando se emplea el Factor de Daño surgen dos dificultades: (i) escoger un valor adecuado para ; y (ii) definir la extensión de la zona dañada.
Para escoger el valor de , Hoek et al. (2002) dan "Recomendaciones para estimar el Factor de Daño D", con diferentes valores de en función del tipo de estructura geotécnica, de la calidad del macizo rocoso y del método y calidad del sistema de excavación. Aunque para túneles recomiendan valores entre 0 (alteración mínima) y 0,8 (daño local severo), se han considerado factores de daño entre 0 y 1 para cubrir todo el rango del parámetro .
La alteración del macizo rocoso debida a la voladura tiene una extensión limitada. Para túneles de 10 m de diámetro, Hoek (2012) indica una zona alterada por delante del frente entre 0 m, para un control de la voladura de alta calidad, y 3 m, cuando no hay un buen diseño de la voladura y no existe un control adecuado durante la perforación. Como consecuencia, el valor de debería variar a lo largo del mecanismo de rotura. Sin embargo, como se ha mostrado anteriormente, la extensión del mecanismo de colapso en macizos de mala calidad geotécnica es reducida. Por ejemplo, para un túnel de 10 m de diámetro excavado en un macizo rocoso con unas propiedades extremadamente pobres (P = 5; NP= 1 MPa; <= = 15), el mecanismo de fallo se extiende, aproximadamente, 4 m por delante del frente y 2 m sobre la clave del túnel. Además, Mollon et al (2011c) indican que “The most critical zone for the tunnel face stability is therefore located at the invert of the tunnel face, and it seems to have a significant impact on the critical collapse pressure compared to the other parts of the tunnel face”. Puesto que esta zona se sitúa justo por delante del frente del túnel, podrá verse alterada por la voladura. En consecuencia, se ha considerado el mismo valor del Factor de Daño en todo el mecanismo de rotura.
La Figura 82 muestra la influencia del Factor de Daño en la presión de colapso (N), para los diferentes valores de NP y <= empleados. Al igual que en anteriores análisis, un valor negativo de la
presión de colapso significa que sería necesario “tirar” del frente para provocar la inestabilidad; o, de manera equivalente, que el frente es auto-estable. Debido a esto, sólo se muestran valores positivos de la presión de colapso. Cuando el <= es igual a 80, el frente siempre es auto-estable (para los propiedades empleadas en este estudio), por lo que no se ha incluido este gráfico en la Figura 82.
De acuerdo a la Figura 82, un aumento de incrementa el valor de la presión de colapso, especialmente para valores pequeños de NP y <=. Además, este incremento es proporcionalmente mayor para valores de próximos a 1. En general, valores de diferentes de 0 conllevan un significativo aumento de la presión de colapso cuando el frente es inestable (es decir, para <= = 20); mientras que tienen un limitado efecto cuando el frente es estable (es decir, para <= = 60). Sin embargo, para una situación intermedia, con <= = 40, la alteración del macizo rocoso debida a la voladura puede provocar la inestabilidad del frente (alcanzando N valores positivos).
Es importante remarcar la aplicabilidad de estos resultados. Para terrenos blandos, con propiedades pobres, es habitual emplear métodos mecanizados, como cortadores, que producen una alteración mínima en el material circundante. En consecuencia, Hoek et al. (2002) recomiendan un Factor de Daño igual a 0 para “Mechanical or hand excavation in poor quality rock masses (no blasting)”. Por el contrario, para macizos rocosos competentes, donde se pueden dar valores de elevados, dependiendo de la calidad de la voladura, el frente raramente será inestable. Por lo tanto, el interés de los resultados obtenidos radica en la situación intermedia, es decir, cuando las propiedades de la roca intacta pueden sugerir el método de perforación y voladura pero, al mismo tiempo, la calidad del macizo rocoso puede provocar la inestabilidad del frente.