Proyecto general del túnel (TÚNEL NUEVO)

• 1 Trazado (trazado en planta y perfil longitudinal)
• 2 Sección transversal útil
• 3 Seguridad y Explotación
• 4 Equipamientos de explotación

Esta página se refiere al proyecto de túneles nuevos. Los estudios que conciernen a la renovación o adaptación a la seguridad de los túneles en explotación son objeto de la página Renovación y mejora de túneles.

1. Trazado (trazado en planta y perfil longitudinal)

El proyecto del trazado en planta y perfil longitudinal de un tramo de carretera o autopista que incluya un túnel constituye la etapa más importante de su concepción, a lo que rara vez se le presta la debida atención.

La consideración del “sistema complejo”, que forma un túnel, debe comenzar desde el proyecto de su trazado en planta y su perfil longitudinal, cosa que suele ser poco frecuente. En esta fase, la optimización técnica y económica es de la mayor importancia.

Es indispensable contar desde los primeros estudios con un equipo multidisciplinar constituido por proyectistas y expertos con gran experiencia que permitirán determinar todos los problemas potenciales que puedan darse en el proyecto de estudio, en lugar de disponer siempre de información preliminar incompleta, y así adoptar las decisiones correctas para los temas importantes que, una vez consolidadas, permitirán establecer otros criterios progresivamente teniendo en cuenta la información adicional de la que se vaya disponiendo.

El objetivo de este apartado no es definir las reglas relacionadas con el proyecto de trazado del túnel (se pueden encontrar referencias a los manuales de proyecto de numerosos países en la página Legislación – Recomendaciones) sino sensibilizar a los gestores y a los proyectistas respecto de la necesidad de realizar, desde las primeras etapas de proyecto, un enfoque global y multicultural así como de la importancia de la experiencia en el éxito del proyecto.

La definición del trazado en planta y alzado y de la geometría de los ramales de los accesos (entradas/salidas) situados en el interior del túnel es importante para la seguridad de la carretera. Muchos accidentes se deben a errores de proyecto, tal y como se indica en el Apartado 5.1 de la página “Túnel: un sistema complejo”.

El “análisis preliminar de riesgos y peligros” deberá abarcar todos los aspectos relacionados con la geometría, la legibilidad, la visibilidad y la presencia de cualquier conexión subterránea: también se puede consultar el Apartado 6 de la página “Túnel: un sistema complejo”.

 

1.1. Países que no disponen de una “cultura de túnel”

En estos países se aprecia una cierta aprensión de los gestores y de los proyectistas hacia los túneles. Éstos prefieren con frecuencia trazados «acrobáticos» que discurren por las cimas, con fuertes pendientes, obras de sostenimiento importantes o viaductos de gran longitud y, a veces, trabajos de consolidación enormes, muy ostentosos y no siempre eficaces en el tiempo, para atravesar zonas con deslizamientos.

Numerosos ejemplos de alternativas de trazado planteados con túneles muestran que:

• el ahorro en el coste de construcción puede alcanzar entre un 10 y un 25% en zonas con relieve accidentado,
• se pueden conseguir importantes ahorros en el coste de explotación y mantenimiento: la fiabilidad del itinerario puede ser mayor, principalmente en zonas sometidas a deslizamientos, o a condiciones climáticas severas,
• el impacto sobre el medio ambiente se reduce significativamente,
• el nivel de servicio mejora para los usuarios y las condiciones de explotación son más adecuadas (en particular en invierno en los países que presentan riesgo de nieve) mediante reducción de las pendientes requeridas por las vías que recorren las cadenas montañosas.

La asistencia de expertos externos permite suplir esta insuficiencia de «cultura de túnel», y mejorar consecuentemente el proyecto.

1.2. Países con una tradición en construcción y explotación de túneles

La noción de “sistema complejo” es raramente tenida en cuenta en las etapas previas, lo que va contra una optimización global del proyecto. Con demasiada frecuencia, la geometría de la nueva infraestructura se fija por especialistas de trazado sin tener en cuenta la influencia de otras exigencias y elementos del túnel.

Sin embargo, en esta etapa es fundamental tener en cuenta todos los parámetros e interfaces descritas en la página "El túnel: un sistema complejo", y principalmente:

• la geología y la hidrogeología del macizo (a nivel de conocimiento disponible) y la evaluación preliminar de las dificultades geológicas y riesgos potenciales sobre los procedimientos, costes y plazo de construcción,
• las condiciones geomecánicas, hidrogeológicas e hidrográficas potenciales en las bocas del túnel y en los accesos,
• los riesgos y peligros ligados a las condiciones invernales para países sometidos a fuertes nevadas, principalmente:
  • los riesgos de avalanchas o de formación de ventisqueros y las posibilidades de prevenirlos,
  • las condiciones de viabilidad invernal de las carreteras de acceso para garantizar la fiabilidad del itinerario, (esta disposición puede condicionar la cota de las bocas del túnel, las pendientes máximas de las carreteras de acceso y en su caso, la disponibilidad de espacio para habilitar las áreas para poder quitar y poner las cadenas en las proximidades de las bocas),
• las condiciones medioambientales en la boca del túnel y en los accesos. El impacto puede ser muy fuerte en zona urbana, fundamentalmente debido al ruido y a la emisión de aire contaminado, y en los túneles interurbanos,
• la pendiente de las rampas de acceso:
  • el túnel más barato no es necesariamente el más corto,
  • la eliminación del carril adicional para vehículos lentos es desaconsejable cerca de la boca del túnel, y su mantenimiento en el interior es en general muy costoso,
  • la pendiente de los accesos puede tener una gran influencia sobre la capacidad del itinerario, o sobre la viabilidad invernal,
• la posibilidad de incorporar accesos laterales (ventilación - evacuación y seguridad - reducción del tiempo de ejecución de los trabajos) y pozos inclinados o verticales (ventilación - evacuación y seguridad):
  • pueden presentar implicaciones en la superficie (en particular en entornos urbanos: espacio disponible-sensibilidad a la emisión de aire contaminado-etc), mejorar la disponibilidad durante todo el año (por ejemplo, ante la exposición por avalanchas) y suponer restricciones importantes en el proyecto del trazado en planta y en perfil longitudinal. Por el contrario contribuyen a la optimización de la construcción y los costes de explotación,
  • algunas entradas puntuales pueden tener un impacto significativo en los costes de construcción y explotación y en el tamaño de la sección transversal (posible optimización de las instalaciones de ventilación y evacuación),
• los procedimientos constructivos, que pueden tener una gran influencia en el proyecto del trazado y del perfil longitudinal:
  • el cruce de un río con un túnel perforado constituye un proyecto totalmente distinto al de una solución por cajones prefabricados sumergidos,
  • interferencias con un viaducto en la boca de túnel,
  • los plazos de construcción impuestos pueden tener una gran influencia en el trazado, principalmente para poder atacar por las dos bocas del túnel, e incluso con frentes intermedios,
• las características geométricas del trazado en planta y del perfil longitudinal del túnel, para las que es necesario tener en cuenta:
  • limitación de las pendientes que influyen en las necesidades de ventilación y en la capacidad de tráfico,
  • las condiciones hidráulicas para el drenaje, tanto durante la construcción como en explotación, que influyen sobre el perfil longitudinal,
  • los espacios laterales reducidos (salvo costosos sobreanchos), que precisan de un estudio específico de las condiciones de visibilidad y de la elección de los radios del trazado en planta,
  • la elección juiciosa de los radios del trazado en planta con el fin de evitar peraltes por su influencia en la recogida y evacuación de las aguas de calzada, interfiriendo con el conjunto de canalizaciones de cables y redes de incendios, obligando a veces a aumentar la sección transversal,
• todas las limitaciones clásicas relacionadas con la ocupación del subsuelo, principalmente en zona urbana: metro, aparcamientos, cimientos, construcciones sensibles a los asentamientos,
• los costes de construcción y de explotación:
  • la obra más barata no es necesariamente la más corta,
  • una mayor inversión en obra civil puede ser a la larga más rentable si permite una reducción en los costes de construcción, de explotación, de mantenimiento y de grandes reparaciones (principalmente ventilación), o si permite prolongar varios años la vida útil de la obra (influencia de la pendiente del túnel y de sus accesos en la capacidad),
• la coordinación entre el trazado en planta y el perfil longitudinal debe ser tratada con especial cuidado para favorecer el nivel de confort y de seguridad de los usuarios (el efecto visual de los cambios de rasante, principalmente un punto alto, es más acusado en un túnel dadas las limitaciones de su campo visual y los efectos de la iluminación),
• las condiciones de explotación, unidireccional o bidireccional, deben tenerse en cuenta en el proyecto del trazado, principalmente:
  • las condiciones clásicas de visibilidad y legibilidad,
  • la posibilidad de encontrar accesos laterales o verticales para optimizar fundamentalmente la ventilación y la sección transversal, o la seguridad (evacuación de los usuarios y acceso de los servicios de emergencia, evitando la construcción de una galería paralela),
• el trazado en las proximidades de las bocas:
  • las bocas del túnel constituyen un punto singular de transición, y es preciso considerar el comportamiento humano y las condiciones fisiológicas; es indispensable mantener una continuidad geométrica para permitir al usuario conservar su trayectoria instintiva,
  • no es deseable tener un túnel rectilíneo, principalmente en las proximidades de la boca de salida, en caso contrario puede ser indispensable reforzar el alumbrado de salida en una gran longitud,
• ramales subterráneos o en las inmediaciones de las bocas del túnel:
  • se deben evitar los ramales subterráneos o en el exterior en las inmediaciones de las bocas del túnel,
  • en caso de que sean indispensables, debe hacerse un análisis muy detallado para determinar todas las limitaciones y consecuencias concretas a tener en cuenta (trazado, perfil transversal, inserción, riesgo de reflujo de circulación, evacuación, ventilación, alumbrado, etc.), para asegurar la seguridad en cualquier circunstancia.

2. Sección transversal útil

2.1. Los retos

La sección transversal útil constituye la segunda etapa más importante en el proyecto de un túnel después del trazado en planta y del perfil longitudinal. Como en la primera etapa, el enfoque de “sistema complejo” debe ser considerado de manera muy cuidadosa, lo antes posible, con un equipo pluridisciplinar experimentado, considerando el conjunto de parámetros e interfaces descritas en la página El túnel: un sistema complejo.

Esta segunda etapa (sección transversal útil), no es independiente de la primera (trazado) y debe considerar también las disposiciones que allí se trataban. Las dos etapas están relacionadas y muy estrechamente ligadas.

Además, como ya se mencionó en el anterior Apartado 2.2, el proceso de las dos primeras etapas es interactivo e iterativo. No existe aproximación matemática directa para dar una respuesta única al análisis del ‘sistema complejo’, no existe tampoco unicidad de respuesta, sino un número muy limitado de buenas respuestas y un gran número de malas respuestas. La experiencia del equipo multidisciplinar es esencial para poder aportar rápidamente la solución correcta.

Los ejemplos citados en el anterior Apartado 1 muestran que las disposiciones de la “sección transversal útil” pueden tener un gran impacto sobre el proyecto del trazado en planta y el perfil longitudinal.

Desgraciadamente, la experiencia demuestra que este análisis “sección transversal útil” con demasiada frecuencia resulta incompleto y limitado sólo a las disposiciones de la obra civil, lo que se traduce inevitablemente:

• en el mejor de los casos, para un proyecto no optimizado desde el punto de vista funcional, de explotación y económico, en una afección de hasta un 20% de los costes de construcción,
• en la mayoría de los casos, por no haber tenido en cuenta determinadas funciones, por sus inconvenientes o por su impacto sobre el proyecto, en que éstas se integren en las etapas siguientes, dando lugar a soluciones tardías y a veces muy costosas,
• en el peor de los casos, debido a errores fundamentales de proyecto, en un impacto irremediable y permanente sobre la obra, las condiciones de explotación y la seguridad, así como en los costes de ejecución y explotación.

2.2. Principales disposiciones

Los principales parámetros de la “sección transversal útil” son los siguientes:

• la intensidad de tráfico, su composición, modo de explotación, urbano o interurbano, para determinar:
  • número y anchura de los carriles, según el tráfico y el tipo de vehículos autorizados para circular por el túnel,
  • altura libre (según el tipo de vehículos),
  • arcenes, anchurones de detención o aparcamiento, según la intensidad de tráfico, túnel unidireccional o bidireccional, y estadísticas de averías,
  • eventual mediana central y su anchura en caso de túnel bidireccional,
• la ventilación, que tiene una gran repercusión motivada por:
  • del sistema de ventilación proyectado, que a su vez depende de otros numerosos parámetros (ver el capítulo "Conceptos de Ventilación"),
  • el espacio necesario para las galerías de ventilación, para la ubicación de los ventiladores, aceleradores, conductos de ventilación, y otros equipamientos de ventilación,
• Las zonas de divergencia o convergencia de los ramales de los accesos subterráneos, en particular:
  • la longitud de los carriles paralelos, la buena legibilidad y la visibilidad de los puntos de divergencia y convergencia.
  • la posición y la legibilidad de la preseñalización y de la señalización.
• la evacuación de los usuarios y los accesos de los equipos de emergencia, que dependen de numerosos factores, detallados en el Capítulo Construcción y Geometría,
• la longitud y la pendiente del túnel, parámetros que intervienen de manera indirecta a través de la ventilación, y la necesidad de accesos para evacuación y emergencias,
• las redes y equipamientos de explotación, que con frecuencia son igualmente determinantes en el dimensionamiento de la sección transversal útil, habida cuenta de su número, de su acumulación, de las protecciones indispensables para garantizar la seguridad de funcionamiento y del espacio relativamente limitado bajo las aceras y arcenes para su implantación. En particular las que más influyen son:
  • redes de saneamiento, separativo o no, y de recogida de líquidos vertidos sobre la calzada y sus sifones asociados. La ausencia de variación del peralte, en función de las condiciones del trazado en planta (ver Apartado 1.2), permite una simplificación y una optimización de la sección tranversal útil,
  • red de agua de lucha contra incendios y postes de incendio y, si se presenta el caso, su protección contra las heladas,
  • redes de cables de media y baja tensión y redes de comunicaciones. Es indispensable tener en cuenta todos los cables necesarios para la puesta en servicio del túnel y su protección contra incendio, así como las disposiciones que permitan su sustitución total o parcial y la incorporación necesaria de otras redes a lo largo de la vida del túnel,
  • las previsiones a medio plazo de las redes exteriores susceptibles de pasar por el túnel,
  • las interferencias entre redes, técnicas y reglamentarias, que fijan la interdistancia entre ellas,
  • la señalización de explotación: semáforos de afección a carriles, paneles de mensaje variable, señalización de prescripción, señalización de seguridad y señalización direccional,
• la existencia de elementos localizados precisos para el funcionamiento: subestaciones subterráneas, edificios de ventilación subterráneos, nichos de seguridad, resguardos, etc. Es indispensable tenerlos en cuenta para la explotación y el mantenimiento y sobre todo se precisa la construcción de espacios de estacionamiento para los operarios de mantenimiento,
• los procedimientos de construcción y las condiciones geológicas influyen notablemente en el perfil transversal funcional (independientemente del cálculo estructural). A título de ejemplo:
  • en el cruce de un río (ver Apartado 1.2), la solución de cajones prefabricados sumergidos permite un diseño muy distinto de las instalaciones de ventilación y de las galerías de evacuación o de acceso de los equipos de emergencia, distinto al que resultaría de una solución de cruce mediante túnel perforado,
  • un túnel construido con tuneladora permite disponer superficies bajo calzada que por ejemplo pueden ser utilizadas para la ventilación, la evacuación y el acceso de los equipos de emergencia. Ello puede permitir optimizaciones tales como la supresión de galerías entre tubos o galerías paralelas que pueden ser muy costosas si el túnel está situado bajo la capa freática dentro de materiales permeables.

3. Seguridad y Explotación

3.1. ANÁLISIS DE RIESGOS Y PELIGROS - PLAN DE RESPUESTA A LAS EMERGENCIAS

La seguridad debe ser una preocupación permanente del titular, de los proyectistas y de los explotadores.

La seguridad debe tenerse en cuenta desde la etapa inicial de los estudios preliminares, utilizando herramientas adaptadas a cada una de las etapas del proyecto, de la de las ofertas, de la de la preparación para la explotación y posteriormente durante el periodo de explotación.

De forma muy esquemática:

• Durante los estudios preliminares y la definición de la geometría, el análisis se centrará:
  • De manera muy detallada, en los riesgos actuales para el tráfico (consultar Apartado 5.1 de la página “El Túnel : Un sistema complejo”) : trazado en planta y alzado, visibilidad, congestión, etc.
  • En un enfoque preliminar, en los peligros en caso de incendio.
• Durante la redacción del proyecto de construcción, el análisis se centrará en:
  • la validación de las disposiciones para minimizar los riesgos de incidentes.
  • la evaluación detallada de los riesgos en caso de incendio, así como de las condiciones de evacuación y seguridad.
  • un esquema preliminar del plan de respuesta a las emergencias.
• Durante la preparación de la explotación, los análisis se centrarán en:
  • la validación de las disposiciones definidas en las etapas anteriores.
  • la definición de todos los procedimientos de explotación e intervención.
  • la educación y la formación de todas las partes involucradas.
• Durante el periodo de explotación, los análisis se fundamentarán en la retroalimentación basada en la experiencia y se centrarán en la adaptación de los procedimientos existentes o en la implantación de procedimientos adicionales, así como en la educación, la formación y la comunicación con los usuarios.

Las disposiciones del “Análisis de riesgos y peligros”, así como del “Plan de respuesta a las emergencias”, se especifican en el Libro “Seguridad”.

3.2. DISPOSICIONES GENERALES

En el campo de la seguridad y la explotación, las recomendaciones de la AIPCR son muy numerosas. Para realizar estudios de seguridad, para la organización de la explotación y las emergencias y para conocer las disposiciones inherentes a la propia explotación, se invita al lector a remitirse al libro Seguridad.

El presente apartado trata esencialmente sobre las interferencias seguridad/explotación en el seno del “sistema complejo”. Los Cuadros del Apartado 5.2 de la página “El túnel: un sistema complejo” indican el grado de interdependencia de cada uno de estos parámetros con respecto a los diversos subconjuntos del proyecto.

Un cierto número de parámetros tienen un gran impacto desde las etapas anteriores al proyecto. Deben ser analizados desde las primeras fases de los estudios y conciernen principalmente a la:

• intensidad de tráfico, naturaleza (urbano o no), composición (eventualmente túnel dedicado a una categoría de vehículos), transporte o no de mercancías peligrosas,
• evacuación de los usuarios y accesos de los equipos de emergencia,
• ventilación,
• comunicación con los usuarios y el sistema de supervisión.

Estos parámetros, importantes para el diseño del túnel, son igualmente factores esenciales que afectan a los análisis de riesgos y a los borradores de los “planes de intervención de emergencias”. Es la razón por la que es indispensable que un “estudio previo de riesgos” asociado a un análisis previo del “plan de intervención de emergencias” sean realizados desde los estudios iniciales. Ello permite describir mejor las especificaciones concernientes a la obra, las especificaciones funcionales y los retos específicos de seguridad que debe satisfacer el túnel. Contribuye igualmente a la valoración del proyecto y a su optimización, tanto técnica como económica.

Estos parámetros y su influencia se detallan en los apartados siguientes.

3.3. PARÁMETROS RELATIVOS AL TRÁFICO Y SU NATURALEZA

Estos parámetros influyen notablemente sobre la “sección transversal útil” (ver Apartado 2) y por tanto también parcialmente sobre el “trazado”.

• la intensidad de tráfico afecta al número de carriles, a la ventilación y a la evacuación. Afecta igualmente a los efectos que se producen como consecuencia de las averías y en la gestión de los vehículos parados: necesidad o no de disponer bandas de parada de emergencia, aparcamientos y de organizar protocolos específicos de intervención,
• la naturaleza del tráfico, su composición y su reparto afectan a las galerías de evacuación, a su dimensionamiento y a las interdistancias en función del volumen de personas a evacuar,
• los túneles en los que se permiten categorías especiales de vehículos afectan a la anchura de los carriles, a la altura libre y a la ventilación,
• el paso o no de mercancías peligrosas tiene una influencia muy importante sobre la ventilación, la sección transversal útil, los dispositivos de recogida de líquidos, las vías de desvío alternativo, el entorno de las bocas del túnel o las galerías de ventilación y la protección de la estructura frente a las consecuencias de un incendio de gran potencia. También influye en la evacuación, en la organización de los equipos de socorro y en la dotación de los centros de emergencia con medios específicos.

Otro parámetro fundamental de tráfico que a menudo se descuida o se evade deliberadamente al proyectar un túnel es la congestión y la formación de “embotellamientos” en el túnel. Este parámetro es particularmente sensible para túneles que disponen de ramales subterráneos de acceso.

Postular, como suele ser el caso, que se tomarán disposiciones para la gestión del tráfico para evitar la formación de “embotellamientos” es una falacia y no es realista como lo demuestra la realidad cotidiana en las zonas urbanas. Estas disposiciones normalmente están encaminadas a reducir drásticamente el volumen de tráfico que entra en el túnel, reduciendo la capacidad de la vía y degradando la funcionalidad y rentabilidad económica de la infraestructura.

En la mayoría de casos, esta grave negligencia conduce inevitablemente a una mayor exposición de los usuarios a un nivel inaceptable de riesgo y peligro.

La existencia de “embotellamientos” tiene un impacto importante en:

• el proyecto y el dimensionamiento del sistema de ventilación. Una ventilación longitudinal “pura” sin conducto de extracción de humos, o sin extracción masiva, no es aceptable porque pone a los usuarios en peligro en caso de incendio si se produce durante el embotellamiento.
• el proyecto y el dimensionamiento de las salidas de emergencia. En caso de embotellamiento, el número de usuarios a evacuar es mayor y está mucho más concentrado.
• el riesgo de colisión es alto en la cola del embotellamiento y la señalización de éste, al ser fluctuante, es difícil de implantar.

3.4. Evacuación de los usuarios – accesos de socorro

Se trata de un parámetro fundamental relativo a las disposiciones funcionales y al proyecto en general. Este parámetro también tiene con frecuencia una incidencia sobre el trazado (salidas directas hacia el exterior) y sobre las disposiciones constructivas: comunicaciones entre tubos, galería a distinto nivel, galería paralela, refugios conectados a una galería.

Su análisis requiere un enfoque coordinado con el proyecto de la ventilación (principalmente la de incendio), la intensidad de tráfico, los análisis de riesgos, las propuestas de planes de intervención de emergencia (análisis de escenarios de ventilación / intervención) y el procedimiento constructivo.

Es necesario, desde el punto de vista funcional, definir los recorridos, sus características geométricas y las interdistancias a fin de asegurar la capacidad de evacuación, tanto de las personas normales como de las de movilidad reducida.

Es indispensable asegurar la homogeneidad, la legibilidad y el carácter acogedor y tranquilizador de estas instalaciones. Son utilizadas por usuarios en situación de estrés (accidente – incendio), durante la fase de auto-socorro (anterior a la llegada de los servicios de emergencia exteriores). Su utilización debe de ser natural, simple, eficaz y tranquilizadora con el fin de evitar la transformación del estado de estrés en estado de pánico.

3.5. Ventilación

Las instalaciones de ventilación del tipo “ventilación longitudinal” tienen un impacto bastante limitado sobre el “perfil transversal funcional” o sobre el “trazado”.

Este no es el caso cuando el sistema de “ventilación longitudinal” está dotado de una galería de extracción de humos, o cuando se trata de sistemas de “ventilación transversal”, “ semitransversal”, “semilongitudinal”, “mixto”, o de sistemas que dispongan de pozos o galerías intermedias para extraer o expulsar aire hacia el exterior fuera de las bocas del túnel. Entonces las instalaciones tienen gran importancia sobre la “sección transversal útil”, el “trazado” y el conjunto de obras subterráneas anexas.

La ventilación en la zona de circulación de vehículos tiene esencialmente por objeto:

• asegurar condiciones sanitarias en el interior del túnel procurando una dilución de la contaminación para mantener las concentraciones a niveles inferiores a los requeridos por las recomendaciones o reglamentaciones nacionales,
• garantizar las condiciones de seguridad de los usuarios en el túnel en caso de incendio, hasta que estén seguros fuera del espacio de circulación, gracias al empleo de un sistema de evacuación de humos eficaz.

Las instalaciones de ventilación también pueden aportar funciones adicionales:

• limitar la contaminación en la boca de túnel, asegurando una mejor dispersión del aire contaminado o mediante un tratamiento previo a su expulsión,
• incluir estaciones subterráneas de tratamiento de aire contaminado para poder reutilizarlo en el túnel. Estas instalaciones existen en túneles urbanos o en túneles no urbanos de gran longitud. Se trata de tecnologías complejas y caras que necesitan en general mucho espacio y un considerable mantenimiento,
• en caso de incendio, contribuir a reducir la temperatura en el túnel y la degradación de las estructuras por efectos térmicos.

La ventilación no se limita a la zona de circulación de vehículos, afecta también a:

• las galerías de interconexión entre tubos,
• las galerías de evacuación y refugios utilizados por usuarios en caso de evacuación,
• los locales técnicos subterráneos o situados en las bocas de túnel, que pueden necesitar una renovación de aire o un control del nivel de temperatura (calefacción-climatización según las condiciones geográficas).

La ventilación debe proyectarse para poder:

• adaptarse de manera dinámica y rápida a los numerosos modos de funcionamiento a los que puede ser sometida:
  • condiciones climatológicas adversas y principalmente importantes y variables diferencias de presión en túneles de montaña,
  • regímenes de actuación variables para la gestión de los humos en caso de incendio, en función de su evolución, tanto en su inicio como a lo largo de su duración para asegurar la idoneidad de las estrategias de lucha contra el fuego en cada etapa: evacuación, lucha contra el fuego o protección de las estructuras, etc.
• tener una gran capacidad de evolución de manera que pueda adaptarse a lo lago de la vida del túnel a las variaciones del tráfico (intensidad – composición), a la bajada de los umbrales de contaminación admisible y a las diversas condiciones de explotación.

3.6. Comunicación con los usuarios - supervisión

La comunicación con los usuarios influye de forma esencial sobre el perfil transversal funcional a través de la señalización.

El resto de afecciones no es sobre el conjunto del ‘sistema complejo’, sino sobre los subsistemas de equipamientos de explotación y principalmente en relación a la televigilancia, la detección, las radiocomunicaciones, la gestión del tráfico y las instalaciones de control y de supervisión, así como sobre la organización de la evacuación.

3.7. Necesidades propias de la explotación

La explotación de un túnel y la intervención de los equipos de mantenimiento pueden precisar la existencia de ciertos espacios que permitan las intervenciones con total seguridad y reduzcan las restricciones a la circulación. Estos espacios se refieren por ejemplo a los aparcamientos frente a las instalaciones subterráneas que necesitan intervenciones periódicas de mantenimiento y accesibilidad de materiales para su sustitución (en particular material pesado o voluminoso).

4. Equipamientos de explotación

El presente apartado no tiene por objeto describir de manera detallada los equipamientos de explotación, su función o su diseño, que ya están definidos en las recomendaciones del presente “Manual de túneles de carretera”, así como en los dosieres piloto o recomendaciones nacionales citadas en la página Legislación – Recomendaciones siguiente.

El presente apartado está destinado a atraer la atención de las administraciones y de los proyectistas sobre los retos particulares inherentes a los equipamientos de explotación de un túnel.

4.1. Elecciones estratégicas

Los equipamientos de explotación deben permitir que el túnel cumpla su función de servir para la circulación del tráfico y asegurar el confort y la seguridad de los usuarios en su interior.

Los equipamientos de explotación deben estar adaptados a la funcionalidad del túnel, a su localización geográfica, a sus características intrínsecas, a las características del tráfico que va a soportar, a las infraestructuras aguas arriba y aguas abajo y a los grandes retos relativos a la seguridad y a la organización de los equipos de emergencia, así como a la reglamentación y al entorno cultural y socio-económico del país en el que se encuentre.

Un exceso de equipamiento de explotación no contribuye necesariamente a un mayor nivel de servicio, de confort y de seguridad en el túnel. Necesita un mayor mantenimiento y medios más importantes, que si no están disponibles pueden conducir a reducir la fiabilidad y el nivel de seguridad. La yuxtaposición o el abuso de artilugios es también inútil. Los equipamientos deben ser los adecuados, ser complementarios, a veces redundantes (para las funciones esenciales de seguridad) y formar un todo coherente.

Los equipamientos de explotación son elementos “vivos”:

• necesitan una conservación y un mantenimiento riguroso, recurrente y adaptado a su nivel de tecnología. Este mantenimiento tiene un coste y necesita medios humanos competentes, así como medios económicos permanentes y adaptados a lo largo de la vida del túnel. La ausencia de mantenimiento (o mantenimiento insuficiente) conduce a grandes disfunciones y al fallo de los equipamientos y en consecuencia al cuestionamiento de la funcionalidad de la obra y de la seguridad de los usuarios que la utilizan. El mantenimiento de los equipamientos en condiciones de tráfico rodado es a veces difícil y muy exigente y deben ser tenidos en cuenta desde la fase de proyecto de las instalaciones. A este respecto “ la arquitectura” de los sistemas y su instalación deben ser concebidas de modo que las intervenciones para su conservación, mantenimiento y renovación afecten lo menos posible a la disponibilidad y a la seguridad de la obra,
• su vida útil es variable: de una decena a una treintena de años según su naturaleza, su robustez, las condiciones a las que están sometidos y la organización y calidad de su mantenimiento. Deben por tanto ser reemplazados de manera regular, lo que precisa financiación adecuada, (ver informes técnicos 2012R14ES Consideraciones sobre el ciclo de vida de los equipamientos eléctricos de túneles de carretera y 2016R01ES Buenas prácticas para el análisis del ciclo de vida de los equipamientos instalados en los túneles)
• la evolución tecnológica con frecuencia hace indispensable la sustitución de equipamientos que quedan obsoletos y se hace imposible obtener piezas de recambio,
• los equipamientos deben ser adaptables a la evolución de la obra y su entorno.

Todas estas consideraciones conducen a cierto número de decisiones estratégicas principalmente referidas a:

• definir los equipamientos necesarios en función de las necesidades reales de la obra, sin ceder a la tentación de acumular artilugios. El análisis de riesgos asociado a un análisis numérico es una herramienta que permite la racionalidad de elección de los equipamientos necesarios. Este enfoque permite también controlar mejor la complejidad de los sistemas, que frecuentemente es motivo de retrasos, de sobrecostes y de importantes disfunciones si no se lleva a cabo por una dirección rigurosa y competente,
• preferir calidad y robustez en los equipamientos para reducir las operaciones de mantenimiento y las dificultades de intervención bajo circulación del tráfico. Esto puede traducirse en un ligero sobrecoste de inversión pero que sobradamente es compensado en explotación,
• verificar el rendimiento de los equipamientos en todas las etapas de proyecto, fabricación, recepción en fábrica y después en la obra. La experiencia demuestra que numerosas instalaciones son defectuosas y no satisfacen los objetivos por falta de una organización rigurosa, sobre todo en los controles,
• elegir las tecnologías adaptadas a las condiciones climáticas y medioambientales a las que los equipamientos estarán sometidos, así como a las condiciones socioculturales, (deficiencia del concepto de mantenimiento en ciertos países), tecnológicas y técnicas y a la organización de los servicios,
• considerar, desde la fase de proyecto de las instalaciones y de la elección de los materiales, los costes de explotación y en particular los de energía que son permanentes a lo largo de la vida del túnel. Las instalaciones de ventilación y de alumbrado son en general las que más energía consumen, por lo que desde su proyecto debe prestarse una atención especial a este respecto,
• considerar y analizar desde la fase de proyecto:
  • la necesidad de disponer, organizar y formar equipos dedicados por una parte a la explotación y a la intervención y por otra a la conservación y al mantenimiento,
  • los condicionantes para la ejecución del mantenimiento debido a las condiciones del tráfico, que conllevan costes de explotación, mantenimiento y reparación.
• considerar antes de iniciar la explotación los plazos necesarios para la contratación de los equipos y su formación, la necesidad de la puesta en marcha de todos los sistemas 2 ó 3 meses antes de su puesta en servicio y los simulacros y maniobras in situ junto con los intervinientes exteriores (principalmente con los servicios de emergencia) con el fin de familiarizarles con las particularidades del túnel.

4.2. Recomendaciones claves concernientes a los principales equipamientos

4.2.a Energía – fuentes de suministro eléctrico – distribución eléctrica

Las fuentes de energía son indispensables para el funcionamiento de los equipamientos. Los grandes túneles pueden necesitar una potencia de varios MW (megavatios) que no siempre está disponible in situ. Desde el inicio del proyecto deben tomarse las medidas necesarias para asegurar el refuerzo y fiabilidad de las líneas existentes, o frecuentemente, el tendido de nuevas líneas.

La alimentación de energía eléctrica y su distribución en el interior del túnel deben satisfacer a:

• las necesidades de potencia eléctrica,
• la fiabilidad del suministro,
• un sistema de distribución de energía redundante y protegido: redundancia e interconexión de las redes de distribución, transformadores en paralelo, cables dentro de mangas en pozos resistentes al fuego.

Cada túnel es un caso particular y debe ser objeto de un análisis específico en función de su situación geográfica, del conjunto de las líneas eléctricas existentes, de las condiciones de alimentación prioritarias o no, de las posibilidades de aumentar o no la potencia, de la fiabilidad de las líneas públicas existentes, de los riesgos inherentes al túnel y de las condiciones de intervención de los servicios de emergencia.

Las instalaciones deben ser concebidas de manera consecuente y los procedimientos de explotación organizados en función de la fiabilidad del sistema y de las decisiones que se han tomado durante el proyecto.

Los objetivos en materia de seguridad, en caso de corte del suministro eléctrico son los siguientes:

• alimentación asegurada de entre media hora a una hora, según el túnel y las condiciones de evacuación, de los equipamientos de seguridad siguientes:
  • alumbrado mínimo – señalización – televigilancia – telecomunicaciones – control centralizado y supervisión – captadores y detectores varios (contaminación – incendio – incidentes – etc) – nichos de seguridad – vías de evacuación – refugios.
  • ello se consigue habitualmente mediante el empleo de baterías y a veces por medio de grupos electrógenos, listos para dar suministro,
• dependiendo del tipo de túnel, de su ubicación (urbano o interurbano) y de los riesgos asociados, es posible establecer objetivos adicionales a las CME (Condiciones Mínimas de Explotación) para asegurar el suministro eléctrico de determinados equipamientos, implementando procedimientos específicos durante la duración de todo el corte de suministro. A modo de ejemplo: asegurar la alimentación de la ventilación, por grupo electrógeno o una alimentación exterior parcial, para permitir hacer frente a un incendio de vehículos ligeros pero no a un incendio de vehículos pesados, en cuyo caso la circulación de éstos queda temporalmente suspendida.

Los dispositivos más habituales para la alimentación energética son los siguientes:

• Alimentación asegurada a partir de la red pública:
  • de 2 a 3 alimentaciones a partir de la red pública mallada, con conexiones a segmentos diferentes de la red de media o baja tensión. Cambio automático ‘’alimentación normal’’ / ‘’alimentación segura’’ en el interior de las instalaciones del túnel con, si se presenta el caso, consigna de desconexión de una parte de las instalaciones, si la alimentación reducida exterior es insuficiente,
  • sin grupo electrógeno,
  • instalación de un sistema seguro mediante “baterías”.
• Alimentación no asegurada a partir de la red pública:
  • una sola alimentación externa a partir de la red pública,
  • grupos electrógenos capaces de suministrar una parte de la potencia en caso de rotura de la alimentación exterior y puesta en marcha de CME acompañados de procedimientos ad hoc,
  • instalación de un sistema seguro mediante “baterías".
• Autonomía completa de alimentación:
  • la red pública no es capaz de suministrar la potencia requerida ni la fiabilidad necesaria. El túnel es puesto entonces en modo de autonomía completa. La energía se suministra por un conjunto de grupos electrógenos funcionando en paralelo. Se instala un grupo adicional para hacer frente al fallo de uno de los grupos,
  • instalación, si se presenta el caso, de un sistema seguro por baterías, si el nivel de fiabilidad del conjunto de grupos electrógenos se considera insuficiente o por motivos de seguridad.

4.2.b Ventilación

Las recomendaciones de la AIPCR son muy numerosas en este campo y constituyen, a nivel internacional, la principal referencia para proyectar y dimensionar las instalaciones de ventilación. Para complementar lo dispuesto en el Apartado 3.4, es preciso remitirse al capítulo "Conceptos de Ventilación".

Conviene recordar que aunque la ventilación constituye uno de los equipamientos esenciales para asegurar la salud, el confort y la seguridad de los usuarios del túnel, no es más que uno de los eslabones del sistema, en el que los usuarios, los operadores y los medios de intervención y emergencia son los elementos más importantes, por su comportamiento, sus competencias y su capacidad de acción

La ventilación por sí sola no puede responder a todo, ni cumplir con todas las funciones que se le podrían encomendar, principalmente en materia de tratamiento del aire y de protección del medio ambiente.

La importancia de la elección de un sistema de ventilación y su dimensionamiento necesita de amplia experiencia y de la comprensión de los complejos fenómenos fluido-mecánicos que se dan en recintos confinados y su relación con las distintas etapas que se dan en el desarrollo de un incendio: la propagación, radiación, intercambios térmicos y formación y propagación de gases tóxicos y humo.

Los sistemas de ventilación son en general altos consumidores de energía por lo que debe prestarse especial atención en la optimización de su dimensionamiento y su explotación, con la ayuda por ejemplo de sistemas experimentados.

Las instalaciones de ventilación pueden llegar a ser muy complicadas por lo que, para su correcta gestión, pueden requerir la instalación de sistemas automatizados que permitan controlar mucho más rápidamente una situación que un operador sometido a estrés no sería capaz de realizar.

Como se ha indicado en el Apartado 3.4, la instalación de ventilación debe, ante todo, responder a las necesidades relativas a las condiciones de salud e higiene en condiciones normales de explotación y a los objetivos de seguridad en caso de incendio.

La robustez, fiabilidad, adaptabilidad, longevidad y optimización del consumo energético constituyen criterios de calidad importantes que debe satisfacer una instalación de ventilación.

4.2.c Equipamientos adicionales a las instalaciones de ventilación

Frecuentemente, dos tipos de equipamientos adicionales a la ventilación son demandados por parte de las comunidades, residentes o grupos de presión:

• instalaciones de tratamiento de aire,
• sistemas fijos de lucha contra incendio.

A. Instalaciones de tratamiento de aire.

La página Impacto en ambiente exterior trata esta cuestión y se invita al lector a dirigirse a él.

Las instalaciones de sistemas de tratamiento de aire son objeto de repetidas demandas por parte de grupos de residentes en zonas urbanas. Estos sistemas, en instalación subterránea, son muy costosos tanto por su construcción como por su explotación y mantenimiento. Además, consumen mucha energía.

Los resultados obtenidos hasta ahora distan de ser convincentes, debido en particular a las importantes reducciones de las emisiones de los vehículos y a la dificultad que presentan estos sistemas para eliminar las pequeñas concentraciones, contenidas en grandes volúmenes de aire, de los contaminantes presentes en el túnel. Como resultado, muchos de los sistemas instalados en los últimos diez años no están actualmente en funcionamiento.

El futuro de estas instalaciones es muy incierto en países donde la reglamentación es cada vez más exigente e impone tratamientos a la fuente de emisiones contaminantes cada vez más rigurosos.

B. Sistemas fijos de lucha contra incendios.

La página Sistemas fijos de extinción trata de esta compleja cuestión y se propone al lector dirigirse a él.

Las tecnologías son múltiples y responden a criterios muy diversos:

• lucha contra incendios (en el entorno del foco del incendio),
• reducción de la radiación térmica y del nivel de temperatura para los usuarios situados en las proximidades del incendio,
• protección de la estructura contra las degradaciones debidas a altas temperaturas.

Estos sistemas presentan aspectos positivos y negativos relacionados principalmente con la degradación de las condiciones de visibilidad si se utilizan desde el comienzo del incendio. La utilización de un sistema fijo de lucha contra incendios requiere un enfoque coherente con la seguridad de los usuarios y con las estrategias de ventilación para la autoevacuación.

La decisión sobre el establecimiento o no de tales sistemas es complicada y puede tener graves consecuencias. Debe ser objeto de una reflexión en profundidad relativa a las condiciones particulares de seguridad de la obra en cuestión y al valor añadido obtenido por su inclusión. No debe ser tomada bajo la influencia de una moda o grupo de presión.

Estos sistemas precisan un mantenimiento importante y la realización de ensayos de funcionamiento regulares y frecuentes, sin los que su fiabilidad no se puede asegurar.

4.2.d Alumbrado

Las recomendaciones de la CIE, (Comisión Internacional para el Alumbrado), han sido objeto de críticas por parte de la AIPCR debido a los altos niveles de alumbrado a los que conducen frecuentemente. El lector puede dirigirse al informe técnico publicado por la CEN, (Comité Europeo de Normalización), que presenta varios métodos entre los que se encuentra el de la CIE.

El alumbrado es una herramienta fundamental para asegurar el confort y la seguridad de los usuarios del túnel. Los objetivos del nivel de alumbrado deben estar adaptados a la localización geográfica del túnel (urbano o no), a sus características (corto o muy largo), al volumen y a la naturaleza del tráfico

Las instalaciones de alumbrado consumen mucha energía y actualmente se está avanzando para optimizar sus características y rendimientos.

4.2.e GTC – (Gestión Técnica Centralizada) - Supervisión

Se trata del “sistema nervioso” y del “cerebro” del túnel, que permite la recogida y trasmisión del tratamiento de la información y posteriormente la trasmisión del conjunto de órdenes de funcionamiento de los equipamientos.

La GTC necesita un análisis meticuloso en función de las condiciones específicas del túnel, de sus equipamientos, de la organización y del modo de explotación, del contexto de riesgo en el que se encuentra el túnel y de las disposiciones y procedimientos establecidos para las intervenciones.

La organización del puesto de control y supervisión debe ser objeto de un análisis muy cuidadoso, en función del contexto específico del túnel (o conjunto de túneles), de los medios necesarios, de las medidas a tomar y de la asistencia indispensable aportada a los operadores, en caso de incidente, por los automatismos o sistemas expertos que permiten aliviar sus tareas y hacerlas más eficaces.

La puesta a punto es larga y delicada y necesita de una metodología de desarrollo muy rigurosa, con controles por etapas sucesivas (en particular durante los ensayos en fábrica) y la realización de pruebas de verificación global tras la integración de todos estos sistemas de campo. La experiencia demuestra que los numerosos fallos constatados provienen de las siguientes carencias:

• especificaciones mal definidas, análisis funcional insuficiente o ignorancia de las condiciones o procedimientos de explotación,
• retraso en el desarrollo de estos sistemas, lo que hace que no exista el tiempo necesario para los análisis en profundidad, la integración transversal y el tener en cuenta las condiciones de explotación del túnel,
• falta de rigor suficiente en el desarrollo, los test, el control y la integración del conjunto de sistemas,
• no tener en consideración el comportamiento humano y la ergonomía general,
• falta de experiencia en la explotación de túneles y en la jerarquía de las decisiones a integrar y la cadena lógica de éstas en caso de un evento grave.

La página Sistemas de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA, por sus siglas en inglés) presenta una visión actualizada de estos aspectos.

4.2.f Radiocomunicaciones – corrientes débiles

Estos equipamientos comprenden:

• red de llamadas de emergencia,
• red de radio para la explotación y servicios de intervención. Canales de radio destinados a los usuarios del túnel, a través de los que se pueden trasmitir informaciones e instrucciones relativas a la seguridad,
• numerosos captadores para mediciones y detección,
• red de video vigilancia. A esta red es frecuente asociar un sistema DAI (Detección Automática de Incidentes), que necesita un mayor número de cámaras para hacer la detección más fiable y más idónea.

4.2.g Señalización

La señalización es el objeto del Apartado Señalización.

En mayor medida que para otros equipamientos de explotación, una sobreabundancia en la señalización reduce su importancia y su finalidad.

La legibilidad, coherencia, homogeneidad y prioridad (evacuación e información), deben ser tenidas en cuenta en la redacción del proyecto de señalización, tanto en el túnel como en sus accesos.

Los paneles fijos, los semáforos de afección de carriles, los paneles de mensaje variable, los semáforos de barrera, las vías hacia salidas de emergencia, la señalización de estas salidas, la señalización de los nichos, los dispositivos físicos de cierre de carriles (barreras móviles), las marcas viales y las bandas sonoras forman parte del conjunto de dispositivos que utiliza la señalización. Aseguran una parte de la comunicación con el usuario.

4.2.h Dispositivos de detección y de lucha contra incendios

Los dispositivos de detección de incendios pueden ser: puntuales (detección de incendio en las subestaciones subterráneas o en los locales técnicos), o lineales (cable termométrico) en las zonas de circulación.

Los dispositivos de lucha contra incendio son múltiples:

• instalaciones automatizadas en general en locales técnicos,
• extintores para uso de los conductores,
• instalaciones para bomberos: tuberías de agua y bocas de incendio – tuberías para espuma en ciertos países. El volumen de las reservas de agua es variable y depende de la reglamentación local y de las condiciones particulares del túnel,
• ciertos túneles poseen instalaciones fijas de lucha contra incendios (ver Apartado 4.2.c).

4.2.i Equipamientos varios

Otros equipamientos son susceptibles de ser instalados en función de los objetivos y necesidades en materia de seguridad, de confort, o de protección de la estructura de cada caso en particular. De forma no exhaustiva estos equipamientos pueden referirse a:

• luces de balizamiento luminoso insertadas en los hastiales o en los bordillos de las aceras,
• barandilla o línea de vida que permita asegurar el avance de los bomberos en el humo,
• pintura de los hastiales o colocación de paneles prefabricados,
• dispositivos para proteger la estructura de los daños de un incendio. Éstos deben ser tenidos en cuenta desde el inicio del proyecto. Por ejemplo, los intercambios térmicos con el revestimiento de hormigón o con el suelo, son alterados durante un incendio y el dimensionamiento de las instalaciones de ventilación debe tenerlo en cuenta,
• la gestión y el tratamiento de las aguas derramadas sobre la calzada, previo a un vertido al cauce,
• dispositivos de medida de las condiciones medioambientales en la boca del túnel, asociadas a los procedimientos específicos de explotación en caso de superar los umbrales.