Los túneles y las vías de transportesubterráneas son medios importantes decomunicación, no sólo en términos deobtención de trayectos más cortos sinotambién, y cada vez más, como elemento deconsideración para la población local y elmedioambiente, así como la economía y laindustria locales. Generalmente, se espera quelos enlaces subterráneos de transporte másimportantes estén disponibles sin ningún tipode restricciones y que operen de formacontinuada a todas horas. Las interrupcionesdebidas a accidentes, fallos técnicos o trabajosde mantenimiento provocan rápidamenteatascos y retrasos, y figuran en las estadísticasde política de transporte como pérdidaseconómicas.

La creciente densidad de tráfico y lademanda de vías subterráneas de comunicaciónderivan en una mayor probabilidad deaccidentes, lesiones y daños. Además de estoshay otros factores que aumentan los peligrospotenciales de los túneles para tráfico:

n La longitud cada vez mayor de los túnelesmodernos.

n El transporte de materiales peligrosos.n El tráfico bidireccional (con carriles sin divi-

sión física).n Mayores cargas de incendio debido a los cre-

cientes volúmenes de tráfico y la mayorcapacidad de carga de los vehículos.

n Defectos mecánicos en los vehículos de motor.

Cuando se considera la construcción de untúnel, está normalmente ligada a lainfraestructura de carreteras y trenes; sinembargo, el uso de la palabra túnel puedeconfundir ligeramente, ya que la siguienteinformación aplica por igual a pasajessubterráneos para peatones, estaciones de trensubterráneas, aparcamientos subterráneos paravehículos, etc. De hecho, a cualquier estructurade hormigón. Por tanto, aunque estedocumento hará referencia a los túneles, todoslos datos aplican también a cualquier espaciosubterráneo de cualquier tipo.

Los incendios en túneles son un peligro importante para lavida humana y provocan costosos daños en infraestructuras.Las limitadas instalaciones de evacuación y la dificultad deacceso para las fuerzas de intervención exigen laimplementación de amplias medidas de seguridad que debenser coordinadas y complementarias entre sí.

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Comportamiento delhormigón encondiciones de incendio

Normalmente se asume que porque unaestructura esté construida con hormigón escompletamente resistente al fuego, y por tantono requiere tomar ninguna medida adicional deprotección contra incendios. Por desgracia, laexperiencia a lo largo de los años hademostrado que no es el caso y que debetenerse en consideración las prestaciones y elcomportamiento de las estructuras dehormigón en condiciones de incendio.Además,cuando se hable de túneles y espaciossubterráneos, también debe tenerse enconsideración la protección de las instalacionesde servicios, como por ejemplo los sistemas deextracción de humos, la protección de cables,equipos de emergencia, etc.

Este capitulo pretendemos proporcionarcierta información sobre el comportamientodel hormigón en condiciones de incendio,mostrar métodos probados de protección deestructuras contra el fuego y proporcionarprotección a los servicios dentro de túneles yespacios subterráneos.

Tipos de exposición al fuegoEn los últimos años se ha investigado mucho

a nivel internacional para determinar los tiposde fuego que podrían tener lugar en túneles yespacios subterráneos. Esta investigación se hallevado a cabo en túneles reales en desuso ytambién en condiciones de laboratorio. Comoconsecuencia de los datos obtenidos en estaspruebas, se ha desarrollado una serie de curvasde tiempo y temperatura para las distintasexposiciones según se muestra a continuación.

Aunque la investigación sobre el fenómenodel fuego en los túneles continúa, es de destacarque los datos existentes muestran que losincendios dentro de los túneles acarrean unagravedad mucho mayor que la que seexperimentaría en condiciones de cielo abierto.Por ejemplo, en cuanto a datos de tasa deliberación de calor (HRR, que muchos tomancomo una buena medida de la severidad de unincendio) provenientes de pruebas realizadas endiferentes tipos de vehículos, incendios enmuestras de madera, experimentos en bandejasde combustible, etc. Si se comparan losresultados de las pruebas dentro de túneles conaquellos provenientes de las mismas pruebasrealizadas en edificios, la conclusión a la que seha llegado es que en un túnel se puedeaumentar la HRR hasta cuatro veces más.

Experimentos adicionales han demostrado queel aumento puede variar con la relación entre lasuperficie de fuego y la anchura del túnel de unaforma cúbica.

Es de destacar que, en la actualidad, estainformación sólo parece ser precisa para unasuperficie de fuego de hasta aproximadamentela mitad de la anchura del túnel, y para túnelesventilados de forma natural. El InstitutoNacional de Pruebas e Investigación de Sueciacontinúa trabajando en este asunto.

Los métodos de ventilación de un túnelpueden tener también una fuerte influencia enla HRR de los elementos en combustión, y portanto deberían tenerse en cuenta comofactores en cualquier proposición cuando sediseñe y se especifique el tipo y el periodo deprotección contra incendios.

Curvas de tiempo y temperatura:

1 = Curva ISO de celulosa2 = Curva de hidrocarbono3 = Curva RABT-ZTV4 = Curva HCM 5 = RWS Curva

Los incendios en túneles son de unanaturaleza diferente si se comparan con lostipos de incendio normales experimentados enconstrucciones “normales”; con temperaturasmuy altas que duran mucho más tiempo. Eltúnel en sí mismo funciona en ocasiones comoun horno de convección, inyectando el aire paraalimentar el fuego. La temperatura del airedurante el incendio del túnel del Canal alcanzóun nivel lo suficientemente alto como paracalentar el hormigón hasta casi los 1300 ºC.

Las diferentes Normas Europeas sobreincendios en túneles coinciden en aceptar quela evolución de la temperatura con el tiempo

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difiere notablemente en un incendio en elinterior de un túnel de la que puede ocurrir enun edificio sobre rasante. Las características deconfinamiento, con efecto horno, así como porla naturaleza de los combustibles que puedenoriginarlo mayormente plásticos y gasolinas, esdecir, combustibles capaces de liberar grandescantidades de calor en poco tiempo, implicanuna evolución y una severidad distinta de la quepuede darse en los edificios.

En éste último caso, los estudios deevolución de la temperatura han llevado aimplantar internacionalmente un modelomatemático reproducible en laboratorio en elcual se representa un incendio de combustiblescelulósicos y se alcanza una temperatura de1000ºC en 90 minutos. Este modelo,denominado Curva de Fuego Estándar, estádefinido por la Norma internacional ISO 834,se recoge también en la Norma UNE EN 1363y es de aplicación en los ensayos de Resistenciaal Fuego que se realizan en España de acuerdoa los requisitos establecidos por el CódigoTécnico y el RD 312/2005, de acuerdo con loespecificado en la Directiva Europea89/106/CEE sobre Productos de laConstrucción.

Sin embargo, en el caso de incendios entúneles, y a pesar de existir una DirectivaComunitaria para túneles de la red carreteratranseuropea, no se ha llegado a un grado deconsenso semejante, por lo que cada país hadesarrollado diferentes modelos de Curva deFuego, de acuerdo a sus propias experiencias ypeculiaridades. El punto de partida, sin embargo,es similar. Los incendios en túneles son en lainmensa mayoría de los casos producidos porvehículos ardiendo, siendo su combustible laprincipal carga de fuego presente. Por tanto, separte de un fuego de combustibles tipohidrocarburos, mucho más energéticos y conuna liberación más rápida de la energía decombustión. Modelos que parten de estapremisa también han sido desarrollados paraensayo de soluciones en industrias, como laCurva de Hidrocarburos NPC o la americanaUL 1709. La Norma UNE EN 1362 Parte 2contempla entre las acciones térmicasalternativas de ensayo, una curva de fuego deHidrocarburos.

Esta curva representa el fuego dehidrocarburos en similares condiciones que la

ISO Estándar, en incendios sobre rasante. Paratúneles, en los que el incendio queda confinadocomo entre las paredes de un horno, estemodelo, aceptable en muchos casos, puede serinsuficiente, especialmente si se van atransportar por el túnel mercancías peligrosas.

Tomando como base esta premisa, enAlemania se ha desarrollado un modelo decurva, denominada ZTV-RABT, que alcanza1200 ºC en 5 minutos, mantiene estatemperatura por periodos que pueden variardesde 30 a 120 minutos, y es seguido de unperiodo de enfriamiento controlado durante110 minutos. Similarmente, en Holanda, elRijswaterstaat ha desarrollado una curvaespecífica para túneles, en que se alcanzan hasta1350 ºC con un periodo de calentamientoinicial hasta 1200 ºC en muy pocos minutos, yque representa el incendio que supone en untúnel la combustión incontrolada de unacamión cisterna cargado con 50.000 Lts depetróleo ardiendo durante 120 minutos.

Ante semejantes acciones térmicas, esevidente que los materiales se van a comportarde modo diferente que ante el fuegorepresentado por la Curva Estándar, lo que seha podido comprobar tanto en estudios deLaboratorio como en la realidad de losincendios acontecidos.

Resistencia al fuego delhormigón

Siempre se ha pensado que el hormigóntiene un buen comportamiento en caso deincendio. No sólo porque es no combustiblesino también porque, como parte de unaestructura, el hormigón posee mejorespropiedades de resistencia al fuego que,digamos, el acero no protegido. Pero sicomparamos la pérdida de fuerza entre elhormigón y el acero cuando aumenta latemperatura, nos encontramos que los dosmateriales difieren muy poco a este respecto.

En un incendio, la tasa de aumento detemperatura hasta la temperatura crítica(aproximadamente 500 ºC) en hormigónreforzado sujeto a tensión es comparable con lade una viga de acero, suponiendo que los acerosson aproximadamente del mismo tipo y que latensión máxima es de aproximadamente elmismo orden de magnitud.

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Experimentos con incendios estándar handemostrado que cuando el refuerzo carece dela protección requerida por el hormigón, estatemperatura crítica de aproximadamente 500ºC se alcanza a los 10 minutos de exposición altipo de temperaturas que se esperarían en lascondiciones de un incendio en un túnel.

Dado que el hormigón posee una buenaresistencia al fuego, la pregunta de por qué esnecesario entonces, en ciertas circunstancias,protegerlo con revestimientos resistentes alfuego, surge de forma natural. Pruebas delaboratorio han demostrado que las estructurasde hormigón expuestas a la compresión fallangeneralmente cuando se supera su fuerza decompresión. En la práctica, será extraño quetoda una estructura se vea expuesta a losefectos de la compresión, excepto quizáscuando se haya utilizado hormigón pretensado.

¿Qué es el Spalling? Cuando el hormigón seexpone a un calor extremo durante un periodoprolongado de tiempo, las uniones químicasentre las moléculas de agua del hormigón serompen, destruyendo los puentes molecularesque unen los diversos materiales que componenel hormigón.A medida que las moléculas de aguase extraen del hormigón mediante ladeshidratación, el hormigón pierde su cohesióny se debilita, empujando trozos del hormigón

hacia fuera de las paredes del túnel en capas muyfinas como las capas de una cebolla. Estefenómeno, denominado comúnmente Spalling,puede expandirse con el tiempo a través delanillo de hormigón de un túnel, capa a capa.

Cuando tiene lugar el Spalling, que tambiénpuede ser peligroso para el entorno inmediatodebido a la naturaleza explosiva del mismo enalgunos tipos de hormigón, el refuerzo quedaal descubierto. En un incendio “normal” espoco probable que falle completamente unhormigón reforzado de forma convencional,pero los costes de reparación pueden serconsiderables. Cuando se utiliza hormigónpretensado, el efecto perjudicial del Spalling esmayor y más peligroso.

Para constatar estos efectos se hanrealizado de ensayos a escala real, como losque se han llevado a cabo en el TúnelRunehamar, o mas recientemente en lasinstalaciones construidas a tal efecto en elTúnel de TST de San Pedro de Anes, donde seha construido un túnel experimental de 600 mde longitud, para desarrollar ensayos deinvestigación de comportamientos tanto delos propios incendios como de los mediosprevistos para su extinción, en condicionesreales y teniendo en cuenta los distintosefectos de los sistemas de ventilación.

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Dadas las especiales características de estetúnel, destinado a sufrir incendio tras incendio,es gran preocupación de sus gestores que losdaños que pueda sufrir la estructura del túnelsea la mínima posible, para minimizar los gastosde reparaciones. Promat IBERICA S.A. hacolaborado habitualmente con TST en losensayos que prepara mediante la protección dela estructura en las zonas de túnel a utilizar encada caso con placas de Silicato, un productoespecialmente diseñado mediante técnicas deingeniería de matriz mineral para cumplir contodos los requisitos de protección estructural:Alto aislamiento térmico con bajos espesores,resistencia mecánica, fácil y rápida colocación,posibilidad de curvatura in situ para adaptarse ala forma del túnel…

Desde que la instalación entró enfuncionamiento, las Placas de silicato han sidoutilizadas para la protección. En ningún caso lastemperaturas de la superficie de hormigónalcanzaron niveles críticos, a pesar de que lasplacas sufrieron acciones severas: hasta 50incendios, incluyendo dos fuegos diarios,seguidos de liberación de agua, resistiendoperfectamente.

Con dicha colaboración quedaperfectamente demostrada la utilidad de losrevestimientos con placa, y su extraordinariaresistencia, avalada, por otra parte pornumerosos ensayos realizados en Laboratoriosde acuerdo con las severas curvas de incendiode túneles utilizadas en Europa, y cuyaidoneidad ha sido establecida por el organismoindependiente alemán STUVA.

Protección contra incendios delos servicios esenciales

En la construcción de cualquier túnel, laaplicación de material de protección parapotenciar la resistencia al fuego de la estructuraes sólo parte de los trabajos a realizar. Por símismo, esto no va a evitar la pérdida de vidasque tendría lugar si hubiese un incendio en untúnel. Es necesario considerar la incorporaciónde sistemas adicionales activos y pasivos en eldiseño para asegurar un conjunto completo desistemas de seguridad, entre los cuales estaríanlos siguientes elementos.

n Aumentar la resistencia al fuego de laestructura

n Sistemas de suministro de airen Sistemas de conductos de extracción de

humosn La provisión de Galerías de Servicio y eva-

cuaciónn Sistemas de detección activos y pasivosn Sistemas de extinción de incendiosn Puertas contra incendios y sistemas de

detención del fuego

Sistemas de suministro de aire yextracción de humos

Como se ha demostrado en muchosestudios sobre la causa de las muertesprovocadas por incendios en túneles, lamayoría de ellas son resultado de la inhalaciónde humo.

Es por tanto crucial que para túneles seincluya algún tipo de sistema de extracción dehumos en el diseño. Por la propia naturaleza delos gases y de las partículas que los sistemasdeben eliminar de las ubicaciones de los túneles,cualquier conducto o sistema de extraccióntendrá que estar construido de tal manera quepor sí mismo sea resistente al fuego.

Sin embargo, no es tan sencillo como instalarventiladores de extracción y simplemente asumirque vayan a realizar los servicios necesarios. Aprincipios de los 90 se realizaron investigacionesimportantes (cerca de 98 pruebas) en el túnelMemorial de EE.UU., que proporcionaron datossignificativos sobre las prestaciones de los sistemasde ventilación, en un rango de sistemas deventilación de natural, semitransversal, totalmentetransversal y longitudinal con cargas de fuego de10, 20, 50 y 100 MW de gravedad. También seprobaron una serie de sistemas de aspersores y deinundación durante este programa.

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Más recientemente se han llevado cabo unaspruebas en el nuevo túnel Benelux en Holandasobre los efectos de la ventilación sobre losniveles de humo, aspersores, etc.

En aquellos túneles con sistemas deventilación longitudinales, la ventilación puedetener un efecto importante sobre la HRR delincendio. Diversas investigaciones yexperimentos han demostrado que laventilación longitudinal en un túnel puedeprovocar que diferentes tipos de incendios secomporten de maneras muy diferentes. ElHRR de incendios en vehículos pesados enparticular puede aumentar en gran medida,incluso con bajos índices de ventilación,mientras que el HRR de un coche bajoexactamente las mismas condiciones se podríareducir mucho. No existe un método sencillopara calcular las complejas relaciones entre lasvelocidades de ventilación y los aumentos delas tasas de liberación de calor.

La ventilación también puede afectar a ladistribución de un incendio a lo largo de untúnel. Por ejemplo, durante el desastre del MontBlanc, se produjo una propagación del incendiodesde la fuente del mismo hacia los cochessituados a cerca de 90 m de distancia.

El efecto de la ventilación resulta en que elfuego se mueva de forma horizontal en lugar devertical, y como resultado de esta acción, losvehículos ubicados más abajo dentro del túnelpodrían posiblemente entrar en ignición.

Los efectos de la ventilación natural ylongitudinal en los túneles ha estado sujeto aciertos experimentos, aunque los efectos sobrelos incendios en túneles de la ventilaciónsemitransversal o completamente transversalson más desconocidos hasta el momento, perose están llevando a cabo estudios completos entúneles de ensayo a lo largo de Europa

En los túneles existen una serie de maneraspara proporcionar los sistemas de extracción,aunque en general se reducen a dos conceptosbásicos. El primero es la construcción de unacámara de presión dentro del espacio del techodel túnel, ya sea de hormigón o mediante laconstrucción de un falso techo

En este caso, el falso techo proporcionaprotección a las secciones de hormigón y, con lainclusión de una membrana horizontal

construida a partir de la placa, forma el sistemade extracción de humos.

El segundo método es la instalación de unsistema de conductos de acero y a continuaciónun revestimiento con material de proteccióncontra incendios para proporcionar alconducto un cierto grado de resistencia alfuego. Para entornos especialmente agresivosen los que se requiera un alto grado de fuerzay resistencia a impactos, debería considerarse eluso del producto especializados.

Sistemas de protección de cableadoEn caso de incendio puede ser vital para la

seguridad de los ocupantes del túnel queciertos sistemas eléctricos sigan funcionandohasta que la gente haya escapado. Dichossistemas requerirán por tanto estar protegidosdel fuego durante un periodo de tiempodeterminado y pueden incluir:

1) Alarmas de incendio operadas eléctricamente

2) Iluminación de vías de escape de emergencia

3) Sistemas de extinción operadoseléctricamente

4) Sistemas de ventilación y de extracción dehumos

5) Fuentes de alimentación para losascensores de incendios en construccionesde gran altura.

Además de la protección contra losincendios fuera del conducto, normalmente esdentro del propio conducto se mantengadentro del mismo, como por ejemplo un casoen el que los revestimientos de un cable prendadebido a una sobrecarga eléctrica.

Un conducto correctamente diseñado:

6) Evitará la propagación del incendio de uncompartimiento de la construcción a otro

7) Ayudará a mantener las vías de escape

8) Asegurará la operación continuada de otrosservicios dentro de un mismo lugar común

9) Reducirá los daños en zonas localizadas

10) Contendrá el humo y los vapores tóxicosde los cables en llamas.

Los sistemas de protección de cables puedenestar construidos de la misma forma que lossistemas de conductos de ventilación.

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Galerías de Servicio y evacuaciónEn los túneles largos, los refugios de

seguridad deberían formar una parteimportante del diseño del túnel. Incendiosrecientes en túneles han demostrado que laexposición al humo y los vapores tóxicos delos vehículos en llamas es la causa principal dela pérdida de vidas, y ha habido muertosincluso a distancias relativamente cortas delorigen del incendio. La provisión de refugiosde seguridad es por tanto imperativa entúneles largos, tanto para la protección de lospasajeros de los vehículos hasta que losservicios contra incendios puedan alcanzarlescomo para proporcionar un lugar que puedasuponer un respiro a la temperatura y delhumo para los bomberos.

Idealmente, cualquier refugio de seguridaddebería tener un periodo mínimo de resistenciaal fuego que iguale el de la protecciónestructural principal, y debería estar construidode tal manera que sea resistente tanto a latemperatura (aislamiento) como a la entrada dehumo en la cámara. En algunos incendiosrecientes, personas que han podido acceder aun refugio de seguridad han muerto despuéspor la exposición a los efectos de latemperatura y por la entrada de humo en lacámara, por lo que es importante tener encuenta la provisión de un suministro de aireindependiente para estas zonas.

¿Por qué proteger los túneles?Existen tres razones para proteger contra

incendios un túnel. La primera es la seguridadhumana, que aunque no es necesariamente unafunción directa de las prestacionesestructurales en caso de incendios, unaestructura que se colapsase no permitiría a laspersonas evacuar de la misma de forma segura.Esta seguridad tiene más que ver con la funciónde las instalaciones de servicios comoiluminación de emergencia, sistemas deextracción de humos, etc.

Sólo en Europa han tenido lugar en túnelesen carreteras y vías de ferrocarril al menos 10situaciones importantes de incendio eincontables incendios menores. Estos incendioshan derivado en una pérdida importante devidas (221 muertos en cuatro incendios queocurrieron en un periodo de dos años) y entodos los casos un daño estructural

significativo, sin mencionar los costeseconómicos. Como ejemplo se detallan acontinuación algunos de los incendios entúneles que han tenido lugar en los últimosaños y la pérdida de vidas resultante.

Segundo, están las prestaciones de laestructura en sí misma, si permanecerá en sulugar, si se colapsará, posiblemente causandodaños colaterales a otras estructuras y lesionesa las personas, etc. En el incendio del MontBlanc hubo un Spalling importante delhormigón estructural. Durante el incendio quetuvo lugar dentro del túnel St Gotthard en 2001se colapsó una sección de la estructura de 100m.de longitud que entorpeció las actividades delos servicios de rescate. Estos dos túnelesatraviesan macizos rocosos y por tanto sucolapso o Spalling es localizado, aunque costosoe inconveniente, pero no pusieron en peligro lavida de las personas situadas fuera de las zonasdañadas. Sin embargo, si estos túneles hubiesensido del tipo sumergido, el daño estructuralpodría haber derivado en la inundación de lostúneles, con todas sus implicaciones asociadas.

Es necesario destacar que, después delincendio en el túnel del Canal, el Spalling delhormigón fue tan grande que la única diferenciaentre la pérdida de este túnel y una situación enla que se pudiera haber reparado fue la fina capade sellado entre la estructura de hormigón y lacapa de roca para la contención del agua. Unmargen muy fino en el que confiar, pero cuyoriesgo se podía haber evitado fácilmente sihubiesen existido los sistemas adecuados deprotección pasiva contra incendios paracomplementar los sistemas activos.

Tercero, el daño económico causado comoresultado de los fallos de un túnel, etc. Estecoste económico no está relacionado sólo conla reparación o la reconstrucción de laestructura; normalmente tiene más que ver conel impacto de la pérdida de negocio, desvíos detráfico, etc. que derivan en costes aún mayores.

Un ejemplo de esto es el incendio dentro deltúnel del Canal, en el que los daños económicosse estimaron en el doble del coste real de lasreparaciones del túnel, incluso cuando el costede las mismas fue estimado en 87 millones deeuros. El coste adicional de pérdida de negocio,sustitución de la infraestructura y materiales(como por ejemplo camiones, vagones de tren,

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etc.) junto con el impacto del cierre del túnelfue estimado según algunas fuentes en cerca de211 millones de euros, sólo teniendo en cuentala pérdida económica.

Poniendo como ejemplo el túnel del MontBlanc como túnel únicamente de carretera,las diferencias no son tan marcadas, con unaestimación del coste de reparación de cercade 189 millones de euros y un costeeconómico adicional de 250 millones. Sinembargo, hay que considerar el impacto

socioeconómico de una forma más ampliaque simplemente el propio túnel. Lasestimaciones de los efectos sobre laeconomía local italiana cerca de la zona deltúnel del Mont Blanc ascienden a 2,5 billonesde euros. Por tanto, es necesario tener encuenta dichos costes socioeconómicos encualquier análisis de riesgos.

Por consiguiente, en términos de proteccióncontra incendios en túnel y vías subterráneas, esnecesario considerar los siguientes términos:

n Mejora de la resistencia al fuegode la estructura

n Sistemas de suministro deaire

n Sistemas de conductos deextracción de humos

n La provisión de Galerías deServicio y evacuación

n Sistemas de detección activay pasiva

n Sistemas de extinción deincendios

Con este articulo hemosintentado repasar de manerageneral la problemática generadaen la consideración de laprotección necesaria de un túnel,exponiendo la misma en términosde seguridad para los usuarios lasnecesidades de una normativa yunas medidas de protecciónadecuadas.

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