El túnel: un sistema complejo

• 1. Complejidad del sistema
• 2. Subgrupo "Obra civil"
• 3. Subgrupo "Ventilación"
• 4. Subgrupo "Equipamientos para la explotación"
• 5. Subgrupo "Seguridad"
• 6. Sintesis

1. Complejidad del sistema

Un túnel constituye un “sistema complejo” siendo el resultado de la interacción de numerosos parámetros. Estos parámetros pueden ser reagrupados en subgrupos, estando representados los más importantes de ellos en el diagrama de debajo (Fig. 1).

Todos estos parámetros son variables e interactivos, dentro de cada subgrupo, y entre los propios subgrupos.

El peso relativo de los parámetros y su carácter más o menos determinante, varía en relación a la naturaleza de cada túnel. Por ejemplo:

• los criterios determinantes y el peso de los parámetros no son iguales para un túnel urbano que para un túnel de montaña;
• los parámetros difieren para túneles cortos o largos, así como para túneles por los que van a pasar vehículos de mercancías peligrosas o no;
• los criterios no son los mismos para un túnel de nueva construcción que para un túnel que va a ser reformado o modernizado para adecuarlo a las nuevas normativas referentes a seguridad.

Figura 1: Diagrama de los principales subgrupos del “sistema complejo del túnel”

Nota 1: los enlaces son múltiples y en muchos casos reversibles – El modelo conceptual y la sección útil de túnel se encuentran en el centro del esquema. Es posible construir otros diagramas similares situando otros elementos en el centro del mismo.

Nota 2: el primer círculo representa “los campos técnicos”. Algunos campos representan múltiples aspectos:

• seguridad: normativa- estudios de riesgos- medios de intervención- requisitos de disponibilidad,
• geológicos: geología- geotécnica– dimensionamiento estructural,
• obra civil: métodos – plazos de construcción – riesgos y peligros,
• explotación: explotación y mantenimiento (aspectos técnicos),
• costes: construcción – explotación – mantenimiento ordinario – grandes reparaciones,
• medio ambiente: normativa – diagnóstico- estudio de impacto ambiental – tratamientos y medidas correctoras

Nota 3: el segundo círculo representa el “contexto” en el que se inscribe el proyecto. Algunos elementos representan múltiples aspectos:

• entorno humano: sensibilidad – urbanización – presencia de edificios o infraestructuras,
• medio ambiente: sensibilidad – agua – fauna –flora –calidad del aire –paisaje,
• naturaleza del transporte: tipo y volumen de tráfico – tipología – tipos de mercancías que son transportadas – etc.
• restricciones externas diversas: accesos y limitaciones particulares –condiciones climáticas – avalanchas – estabilidad del terreno – contexto socioeconómico – etc.
• nivel de rentabilidad: aceptabilidad económica – capacidad de financiación - control de los costes financieros – economía general y contexto político en el caso de ser una concesión o una Participación Público Privada.

El proyecto de un túnel nuevo (o la remodelación y actualización de un túnel existente) requiere que todos estos numerosos parámetros sean tenidos en cuenta. El árbol de decisión en relación a estos parámetros es complejo, y requiere la participación de equipos multidisciplinares experimentados. Estos equipos deben intervenir tan pronto como sea posible, por las siguientes razones:

• para hacer posible que todos los parámetros relevantes sean considerados desde el principio del proyecto, evitando numerosos errores descubiertos en proyectos que están en marcha o en túneles recientemente terminados: consideración demasiado tardía de equipamientos de explotación y seguridad – puesta a punto de la supervisión sin incluir los resultados de los análisis de riesgos, del plan de intervención, o de los procedimientos de explotación. Como consecuencia de ello, el túnel y sus sistemas de explotación y supervisión son, de esta manera, inapropiados para la explotación.
• Una intervención temprana contribuye a una mejor optimización del proyecto, tanto desde la perspectiva de seguridad como de los costes de construcción y explotación. Recientes ejemplos indican que optimizaciones transversales (ingeniería civil-ventilación-evacuación) realizadas en etapas tempranas del proyecto pueden contribuir a ahorros en el coste del orden del 20%.

Cada túnel es único por lo que debe ser objeto de un análisis específico adaptado a su contexto particular. Este análisis es indispensable para obtener una respuesta adecuada y para permitir:

• optimizar el proyecto tanto desde el punto de vista técnico como económico;
• reducir el nivel de riesgos técnicos, económicos y ambientales;
• garantizar a los usuarios el nivel de seguridad requerido.

No existen “soluciones mágicas” y casi siempre es inapropiado “copiar” otros túneles.

El proyecto y optimización de un túnel requiere:

• una relación detallada y exhaustiva de todos los parámetros,
• un análisis de la interacción entre parámetros,
• la evaluación del grado de flexibilidad de cada parámetro y, si fuera necesario, de la sensibilidad de cada uno de ellos con respecto a los objetivos requeridos,
• una dilatada experiencia, que es un factor de éxito ya que:
  • una aproximación puramente matemática no es posible debido a que el “sistema” es demasiado complejo y no hay una solución única,
  • en las etapas previas al proyecto aún quedan muchos parámetros indeterminados o variables, aunque ya deben efectuarse elecciones esenciales a este nivel de análisis,
  • debe ser considerada la evaluación de los riesgos, su peso y la probabilidad de que puedan ocurrir,
  • muchos parámetros son interdependientes y muchas interacciones son circulares.

En los siguientes apartados se indican varios ejemplos que hacen posible clarificar la complejidad y la interactividad, así como la iteratividad y carácter “circular” del análisis.

Estos ejemplos no son exhaustivos. Sólo están destinados a la toma de conciencia sobre la problemática y a permitir iniciar las reflexiones específicas propias de cada túnel

2. Subgrupo “Obra civil”

1.1.2.1 Parámetros

La tabla 1 muestra un ejemplo de los principales parámetros que se refieren a los aspectos relacionados con la obra civil:

TABLA 1: Principales parámetros relativos a los trabajos de obra civil

• La primera columna indica los principales conjuntos de parámetros,
• La segunda columna indica los principales subconjuntos de parámetros relativos al conjunto principal,
• La tercera columna relaciona un cierto número de parámetros elementales relativos al subconjunto. Esta relación no es exhaustiva,
• La cuarta columna indica, para cada conjunto, o subconjunto, las principales consecuencias relacionadas con el subconjunto.

2.2 Interacciones entre los parámetros

Las interacciones entre los parámetros son numerosas y frecuentemente están conectadas por enlaces circulares que tienen en cuenta los solapes entre los diferentes parámetros.

El siguiente ejemplo (Tabla 2) indica las interacciones entre la ventilación, la sección transversal y la seguridad:

• La primera columna se refiere a la ventilación. Los parámetros que se relacionan son parámetros elementales que se obtienen de la tabla 1 para el subconjunto "ventilación",
• La segunda columna se refiere a la sección transversal. Los parámetros se obtienen de la Tabla 1,
• La tercera columna se refiere a la seguridad.

tABLA 2: Interacciones entre los parámetros

• Para un túnel excavado, corto o de longitud media, con tráfico unidireccional, el sistema de ventilación más probable será el de tipo "longitudinal". Los ventiladores tipo jet fan situados en la clave suelen tener una afección muy pequeña en las dimensiones de la sección transversal, por lo que ésta puede ser definida con anterioridad al proyecto de ventilación, teniendo en cuenta otros parámetros determinantes. El impacto de la ventilación en la sección transversal puede ser revisado posteriormente,
• Por el contrario, si el túnel es muy largo o la sección transversal es rectangular (túnel artificial), el sistema de ventilación y sus elementos (sección, número y características de los posibles conductos de ventilación, dimensión de los aceleradores si son necesarios etc) tienen un impacto enorme en las dimensiones de la sección transversal. El sistema de ventilación debe predimensionarse al comienzo de los estudios para realizar las estimaciones preliminares de la magnitud de la sección transversal. A continuación se comprobará la forma de ésta.

Por tanto, el proceso de resolución es iterativo y se basa en un primer conjunto de suposiciones, que requiere de una gran experiencia multidisciplinar de los ingenieros, haciendo posible que se tengan en cuenta todos los elementos relevantes del proyecto, para enfocar mejor las sucesivas iteraciones y garantizar su mejor optimización, con los adecuados niveles de servicio y seguridad.

3. Subgrupo “Ventilación”

La tabla 3 presenta un ejemplo de los principales parámetros relacionados con la ventilación, no siendo exhaustivo.

Tal y como ocurre con la "obra civil", las interacciones entre los parámetros son numerosas, estando también sujetas a relaciones circulares.

La forma de resolver los problemas es similar a la indicada para la “obra civil”.

TABLA 3: Principales parámetros que influyen en la ventilación

4. Subgrupo “Equipamientos para la explotación”

Los "equipamientos para la explotación" no constituyen parámetros fundamentales para la definición de una sección funcional, con la excepción de:

• espacios y canalizaciones para el paso de cables, tuberías de suministro de agua para el sistema contraincendios y conducciones asociadas.
• la señalización, direccional y de información, de seguridad y para instrucciones de la policía. La señalización puede tener en ocasiones (por ejemplo en un túnel artificial) un importante impacto en la geometría (altura entre calzada y clave con una posible afección al perfil longitudinal y a la longitud de la obra), que puede obligar a llevar a cabo una optimización in situ y/o la revisión del proyecto de los ramales situados en el exterior.

Los "equipamientos para la explotación" constituyen por el contrario parámetros para el dimensionamiento de los edificios técnicos en las bocas del túnel, de las subestaciones, principalmente las subterráneas, del conjunto de locales técnicos y eléctricos subterráneos y de los diversos nichos. Todos ellos frecuentemente requieren condiciones particulares en cuanto a temperatura y calidad del aire.

También son parámetros importantes en relación con el coste de construcción, de explotación y de mantenimiento.

Los “equipamientos para la explotación" constituyen parámetros esenciales en relación con la seguridad del túnel. Debe ser proyectado, construido y mantenido con este objetivo:

• disponibilidad y fiabilidad, en particular para el suministro eléctrico, su distribución, y también para las redes de comunicaciones,
• protección contra el fuego de los equipamientos y de los recorridos de los cables de alimentación y trasmisión,
• robustez del equipo y de sus componentes con el fin de garantizar su vida útil, fiabilidad y optimización del coste: explotación y mantenimiento,
• facilitar las operaciones de mantenimiento, su bajo impacto sobre las condiciones de circulación, así como la seguridad de los equipos de mantenimiento y usuarios, lo que requiere medidas especiales en el diseño y accesibilidad a estos equipamientos,
• integración de los procedimientos de explotación y el plan de emergencias en el diseño del sistema de supervisión, la ergonomía de las interfaces hombre/máquina, la asistencia al operador, sobre todo en caso de crisis.

5. Subgrupo “Seguridad”

5.1. ASPECTOS RELATIVOS A LA “Seguridad”

Las estadísticas disponibles en muchos países muestran, con bastante generalidad, que la tasa de incidentes en los túneles es significativamente más baja que en las carreteras a cielo abierto.

Después de los desastres, la mayor parte de los incidentes en túneles registrados y documentados, son debidos principalmente a las siguientes causas:

• Mal diseño de la geometría: trazado en planta (demasiado sometido a corrientes de aire o de bajas características geométricas), perfil longitudinal (pendientes elevadas) y mala coordinación entre ambos,
• Distancias de visibilidad demasiado cortas,
• El factor humano, una velocidad excesiva y no respetar la prioridad en las salidas o espacios comunes, etc
• Un nivel insuficiente de iluminación y una mala identificación de los bordillos y por tanto de la anchura de la calzada,
• Para túneles en ramales de enlaces en el interior o conexiones:
  • un mal diseño de la geometría de las salidas y de los espacios comunes, insuficiente visibilidad y legibilidad-pequeñas dimensiones de las salidas y especificaciones,
  • un mal diseño de las salidas y entradas: señalización insuficiente, o mal colocada, o ilegible,
  • colisiones por alcance en embotellamientos principalmente en las proximidades de los ramales de salida: debido a la ausencia de visibilidad - mala identificación de la presencia de las colas – información insuficiente – mala gestión del tráfico por parte del operador – coordinación insuficiente entre el operador del túnel y el de la carretera a cielo abierto,
• En túneles bidireccionales, las colisiones frontales suponen un riesgo adicional,
• En túneles en áreas de montaña hay riesgos adicionales debido a la formación de estalactitas de hielo en la bóveda o en los hastiales y de estalagmitas en el pavimento.

La Seguridad se divide en:

• Medidas preventivas: son aquellas que día a día permiten la reducción de las causas de incidentes en el túnel que se han mencionado anteriormente. Estas causas y el resultado de las medidas preventivas raramente se analizan en el “análisis de riesgo y peligros”,
• Medidas curativas: son aquellas indispensables cuando se produce un incidente, desastre o incendio (salidas de emergencia, ventilación de emergencia, organización y accesos de los quipos de emergencia, etc). Estas medidas son necesarias y esenciales para garantizar la seguridad de los usuarios ante un incidente o incendio pero contribuyen poco en la mejora día a día de la seguridad en el túnel.

Nota: Se dispone de información adicional sobre incidentes en túneles en los siguientes enlaces:

• 2016 R19ES: Redes Complejas Subterráneas de Carreteras (§ 4.4.2 incidentes en túneles - § 4.4.3 incendios)
• 2016 R35ES: Experiencias de incidentes significativos en túneles de carretera (Capítulo 3 incidentes en túneles – Capítulo 4 incendios)

5.2. CONCEPTO "SEGURIDAD"

Figura 2 : Factores que afectan a la seguridad

Las condiciones que afectan a la seguridad de un túnel son consecuencia de numerosos factores, tal y como se ha indicado en el libro Seguridad de este Manual. Para garantizar la seguridad es necesario tener en cuenta todos los aspectos del sistema constituidos por la propia infraestructura, así como por la explotación y la intervención, los vehículos y los usuarios (Fig. 2).

La infraestructura es un elemento esencial para la seguridad del túnel (medidas preventivas y curativas) así como su coste. Sin embargo, se puede invertir mucho en ella y no haber conseguido las condiciones de seguridad si no se han previsto paralelamente asuntos esenciales referentes a:

• la organización, los medios humanos y materiales y los procedimientos de explotación y de intervención,
• la formación y el entrenamiento del personal de explotación,
• el equipamiento de los servicios de emergencia, con material adecuado y la formación de su personal,
• la comunicación con los usuarios.

5.3. ¿Cómo pueden afectar estos parámetros al proyecto del túnel?

Los parámetros relativos a la seguridad pueden afectar en mayor o menor medida al proyecto del túnel. Las siguientes tablas dan algunos ejemplos.

Nota: Los cuatro cuadros siguientes hacen referencia a los cuatro ámbitos principales representados sobre la figura 2.

• la primera columna indica los principales parámetros que son afectados,
• la segunda columna indica el grado de influencia sobre el proyecto del túnel (ingeniería civil - ventilación – explotación y equipamiento de seguridad):
  • Verde     : ningún impacto 
  • Amarillo  : impacto medio,
  • Rojo        : impacto de gran importancia.
• la tercera columna especifica las principales razones o causas de influencia

6. SÍntesis

Un túnel es un “sistema complejo” lo que implica que:

• enfocar el proyecto de un túnel únicamente desde el punto de vista del trazado, la geología o la obra civil, conlleva a serias deficiencias, que podrían hacer que el túnel fuera menos seguro (posiblemente incluso peligroso) y dificultarían la explotación (quizás incluso sería imposible operar en condiciones razonables),
• así mismo, enfocar el proyecto de un túnel únicamente desde el punto de vista de los equipamientos de explotación sin incluir un análisis previo de los problemas de seguridad, intervención y explotación, conduce a deficiencias que aparecerán rápidamente tan pronto como el túnel se ponga en servicio,
• no considerar desde las etapas preliminares del proyecto, todos los objetivos y restricciones relativas a la explotación y al mantenimiento, derivará inevitablemente a incrementar los costes de explotación y reducir la fiabilidad en general.

Desafortunadamente todavía es bastante frecuente un tratamiento parcial de los problemas, debido a la falta de “cultura del túnel” de varios de los intervinientes en el proyecto.

El control de este sistema complejo es difícil, pero esencial para:

• encontrar las soluciones más apropiadas a cada problema,
• asegurar que los usuarios tengan un nivel mínimo de seguridad y ofrecerles un servicio, calidad y confort adecuados.

De forma similar el control de este sistema complejo contribuye muy frecuentemente a la optimización técnica y económica del proyecto, mediante la definición precisa y temprana de las funciones a realizar, empleando un procedimiento ingenieril.

Desde el inicio del proyecto, los principales aspectos que deben tenerse en cuenta son:

• el trazado en planta y el perfil longitudinal, la geología, y los procedimientos de construcción
• la ventilación,
• la seguridad (mediante un análisis de riesgo preliminar y un plan de emergencias preliminar),
• las condiciones de explotación y de mantenimiento,

con lo que se conseguirá un enfoque adecuado para resolver esta compleja ecuación.

Los conceptos de “funcionalidad del túnel” y de “análisis preliminar de riesgos y de peligros” frecuentemente son tratados con negligencia y superficialidad. Sin embargo son una “herramienta” esencial e indispensable para la optimización técnica, económica y de la seguridad de un túnel.

El “análisis preliminar de riesgos y de peligros” no debería de limitarse a las medidas constructivas y de explotación para minimizar los riesgos de un incendio en un túnel, sino que también debería de tener en cuenta (aunque rara vez es así), día a día, las condiciones de seguridad para reducir la probabilidad de incidentes y su gravedad. Esto implica un análisis del trazado en planta y alzado, de la geometría de los ramales de las conexiones subterráneas, de la visibilidad y de la probabilidad de congestión del tráfico. Este análisis debe de hacerse en el momento de la redacción del proyecto de trazado ya que entonces pueden mejorarse las características en aras de reducir el riesgo de accidentes.

Etapas en la vida de un túnel

• 1 Proyecto
• 2 Construcción
• 3 Puesta en servicio
• 4 Explotación

Los elementos clave a considerar durante cada etapa de la vida del túnel se presentan a continuación.

1. Proyecto

Esta es la etapa más importante de la vida de un túnel. Tiene influencia significativa en términos de costes de construcción y de explotación, de seguridad, y de control de los riesgos técnicos y presupuestarios.

Esta etapa requiere una integración transversal de todas las interfaces del “sistema complejo” que constituye el túnel, desde las etapas iniciales del proyecto.

La experiencia demuestra que desafortunadamente este proceder es poco común y que frecuentemente el proyecto del túnel es el resultado de la sucesión de etapas independientes. Aunque sea un poco exagerado, se puede resaltar:

• la funcionalidad no está siempre bien definida,
• el trazado se establece sin tener en cuenta que estamos en un túnel, con sus restricciones, y sin considerar las posibilidades de optimización,
• la obra civil “dirige” el conjunto del trazado en planta y perfil longitudinal, con todas las consecuencias que de ello pueden derivarse respecto a costes de construcción y riesgos,
• los equipamientos, la seguridad y la explotación se encajan de cualquier modo y no siempre de manera armoniosa ni óptima con las soluciones elegidas en las etapas previas.

2. Construcción

En lo que concierne a la obra civil, el aspecto más importante es el control de los riesgos técnicos (en especial geológicos) y de las consecuencias que pudieran resultar de los costes y del plazo.

Las consideraciones relativas al control de los riesgos de construcción deben tenerse en cuenta desde el proyecto. Estas consideraciones deben ser detalladas y acordadas con el propietario del túnel. Las decisiones que tengan que ver con los riesgos deben ser desarrolladas y documentadas de manera clara.

Asumir riesgos no constituye necesariamente un error, ni debe ser obligatoriamente rechazado ya que puede ser debido fundamentalmente a plazos improrrogables que serían incompatibles con la puesta en marcha de las investigaciones necesarias para eliminar las incertidumbres.

Sin embargo, la decisión de correr con un riesgo debe de ser el resultado detallado y bien argumentado en relación a:

• las consecuencias que puedan derivarse, que deben ser claramente identificadas, analizadas y consignadas: retrasos –costes –impactos sobre la vida humana y el medio ambiente – seguridad – planificación –etc.,
• los resultados reales de esta decisión, la probabilidad de que sucedan y su interés real.

Asumir un riesgo no debe de ser el resultado de una negligencia o incompetencia de los diferentes implicados.

En lo que concierne a las instalaciones para la explotación, se debe prestar atención a:

• todos los aspectos capaces de optimizar la vida útil de los equipos, su fiabilidad y facilidad de mantenimiento,
• la necesidad de un proceso riguroso y de un control continuo de la funcionalidad, las prestaciones y la calidad de los equipos desde la fabricación de los componentes, su montaje y su instalación en el túnel, hasta el momento de las pruebas parciales y globales una vez realizada la integración,
• el valor añadido a la calidad en lo que concierne a la elección de los equipos y del contratista, incluso aunque los costes de construcción pudieran ser de algún modo superiores. Los posibles ahorros debidos a una reducción inicial de los costes son con frecuencia compensados rápidamente por un coste mayor del mantenimiento, dificultades en la intervención bajo condiciones de tráfico y restricciones adicionales que serían soportadas por los usuarios.

3. Puesta en servicio

Esta etapa de la “vida del túnel” es con frecuencia subestimada y considerada de forma tardía. Requiere de un tiempo que frecuentemente no se concede, lo que conduce a realizar la puesta en servicio bajo condiciones poco satisfactorias, e incluso bajo condiciones muy expuestas en términos de seguridad

Esta etapa incluye:

• la organización de la explotación y el mantenimiento,
• la redacción y ajuste de todos los procedimientos de explotación, mantenimiento, intervención y seguridad, tanto en condiciones normales de servicio como en condiciones mínimas de explotación,
• selección y formación de la plantilla,
• la prueba de funcionamiento global, “sin tráfico”, de todas las instalaciones que no puede realizarse antes de que todo el equipamiento se haya completado, probado y recepcionado (posiblemente con actuaciones que requieran tan sólo intervenciones correctivas menores),
• los entrenamientos y maniobras implicando a todo el equipo de intervención antes de la puesta en servicio del túnel.

4. Explotación

El objetivo principal es asegurar:

• la gestión de todas las instalaciones, su mantenimiento, su reparación,
• la seguridad y el confort de los usuarios.

También es necesario ser capaz de observar la situación de manera objetiva, alejándose de la rutina diaria para:

• realizar una retroalimentación a partir de la experiencia, adaptando los procedimientos, las condiciones de la intervención y las maniobras para seguridad,
• optimizar los costes de explotación sin perjuicio para el nivel de servicio y la seguridad,
• identificar, analizar, planificar y llevar a cabo grandes reparaciones y obras de renovación y modernización.

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.

Renovación y mejora de túneles

• 1. Diagnosis
• 2. Renovación o programa de actualización
• 3. Proyecto y construcción

La modernización (en particular por motivos de mejora en la seguridad) y la renovación de los túneles existentes en servicio da lugar a problemas específicos de análisis y metodología. El grado de libertad es menor que para túneles nuevos porque es necesario tener en cuenta los espacios y las restricciones existentes. Sin embargo las tecnologías específicas para cada tipología de equipamiento y su integración son idénticas.

La renovación y modernización de un túnel en servicio muy frecuentemente derivan en un incremento del plazo de construcción y de los costes, en unas condiciones de seguridad bastante bajas durante la ejecución de los trabajos y en un impacto difícilmente controlable sobre el volumen y las condiciones de tráfico. Estos inconvenientes son frecuentemente el resultado de un análisis incompleto de la situación existente, de las condiciones reales del túnel, de sus instalaciones de su entorno, y de una carencia de estrategia y procedimiento que aliviarían los efectos sobre el tráfico.

La página Mejora de la Seguridad propone una metodología para el diagnóstico de la seguridad en túneles existentes y el desarrollo de un programa de modernización. Además, la página Manenimiento y Mejoras presenta ejemplos específicos de trabajos que se han llevado a cabo en túneles en servicio. Sus disposiciones permiten minimizar los problemas mencionados.

No obstante, parece apropiado atraer la atención del lector sobre los puntos clave siguientes.

1. DIAGNOSIS

El diagnóstico detallado y riguroso de un túnel es una etapa esencial en el proceso de su modernización y renovación. Desafortunadamente esta etapa es frecuentemente olvidada.

Se requiere un diagnóstico del túnel en orden a:

• comprobar y describir de una forma precisa su funcionalidad y su geometría,
• redactar un informe detallado sobre su estado general, evaluando en particular la resistencia al fuego, las incertidumbres y riesgos potenciales, y las pruebas y ensayos que sería imprescindible acometer para poder realizar estudios detallados,
• hacer un listado de todo el equipamiento existente, sus funciones, su estado, su tecnología, sus características reales (se requerirán pruebas o medidas) y de todo el almacén de repuestos que pudiera estar disponible,
• evaluar la vida útil remanente del equipamiento antes de su reposición e identificar la viabilidad o no de las piezas de repuesto en el mercado (importante a causa de la obsolescencia tecnológica),
• tener constancia de los informes de mantenimiento e inspección, de los fallos de funcionamiento y del porcentaje de roturas.

Este diagnóstico físico debe ser además complementado con otro relativo a la organización, a los procedimientos de explotación y mantenimiento y a la organización de las intervenciones de rescate y salvamento. Esta etapa del diagnóstico puede eventualmente llevar a establecer acciones de formación de las diferentes partes que forman los equipos de intervención con el fin de mejorar las condiciones globales de seguridad del túnel en una etapa inicial previa a la renovación.

Al diagnóstico debe seguir un análisis del riesgo basado en el estado actual del túnel. Este análisis tiene un doble objetivo:

• valorar si el túnel puede continuar operativo en su estado actual, previo a la renovación, o si es necesario tomar alguna medida transitoria temporal: restricciones al acceso de algunos vehículos – refuerzo de las medidas de vigilancia e intervención – equipamiento adicional – etc.,
• establecer como referencia el estado existente desde el punto de vista de la seguridad con el fin de afinar la definición del programa de renovación.

El diagnóstico tiene que identificar (sin correr el riesgo de situaciones inesperadas durante las obras) si las instalaciones existentes, supuestamente en condiciones de servicio, pueden ser modificadas y/o integradas en las futuras instalaciones actualizadas (compatibilidad tecnológica – prestaciones, en particular para la Gestión Técnica Centralizada, los autómatas y la supervisión).

2. RENOVACIÓN O PROGRAMA DE ACTUALIZACIÓN

El programa de renovación y mejora se realiza en dos fases.

2.1. Primera fase: elaboración del programa

La elaboración del programa resulta de:

• el diagnóstico detallado,
• el análisis de riesgo realizado considerando el estado inicial del túnel,
• las deficiencias observadas relativas a seguridad,
• el análisis sobre lo que es posible realizar en los espacios existentes y sus potenciales ampliaciones para conseguir la modernización del túnel.

En función del entorno físico del túnel y de los espacios disponibles, podría no ser aceptable el programa óptimo de modernización de la infraestructura o del equipamiento y sería necesario definir un programa más restrictivo. Éste podría requerir la implantación de medidas compensatorias que permitan alcanzar el nivel requerido de un modo global.

2.2. Segunda fase: validación del programa

La validación del programa requiere:

• la realización de un análisis de riesgo basado en la etapa final del túnel, después de su modernización, con el fin de probar las nuevas medidas introducidas por el programa. Este análisis tiene que desarrollarse con la misma metodología que la usada para el análisis previo efectuado en base al estado inicial. Ello facilita la optimización,
• un examen detallado de la viabilidad de los trabajos que deben realizarse para la mejora o renovación en las condiciones de explotación requeridas: por ejemplo, prohibición de cierre o restricciones temporales de circulación. En caso de incompatibilidad entre los objetivos del programa y la ejecución de los trabajos necesarios para su aplicación, se necesitaría una iteración. Esta iteración podría concernir:
  • al programa, en la medida en que su adaptación sea compatible tanto con los objetivos de seguridad como con su implantación en las condiciones de explotación requeridas,
  • a las condiciones requeridas de explotación, que podría ser necesario modificarlas para que físicamente sea posible realizar los trabajos de renovación.

El programa de modernización o mejora no necesariamente requiere obras físicas. Podría consistir únicamente en la modificación de las prestaciones del túnel o de las medidas de explotación, como por ejemplo:

• modificación de la categoría de los vehículos autorizados para circular por el túnel: no acceso a camiones - no acceso a vehículos de transporte de mercancías peligrosas,
• establecimiento de procedimientos específicos para la restricción del tráfico: de un modo permanente o sólo durante las horas punta,
• un túnel que esté funcionando con tráfico bidireccional, cambiarlo a tráfico unidireccional,
• modificación de los medios de supervisión o de intervención.

3. PROYECTO Y CONSTRUCCIÓN

Esta etapa de proyecto y ejecución requiere trasladar el programa de renovación y modernización a unas especificaciones técnicas y contractuales y realizarlas.

Esta etapa requiere un análisis muy detallado de:

• las sucesivas etapas de construcción, el contenido de cada una de ellas y la secuencia más lógica y prioritaria de los trabajos,
• las condiciones de seguridad en el túnel en cada una de las etapas de construcción. Ello requiere análisis de riesgo parciales y la adopción, si fuera necesario, de medidas compensatorias: reglamentación de la circulación – restricciones – patrullas – refuerzo de los equipos de intervención –etc,
• las condiciones de circulación en el túnel y en sus accesos, con restricciones parciales o temporales, según las diferentes fases de las obras (disposiciones diferentes para horario diurno y nocturno, para periodos normales o vacacionales), desvíos provisionales y de afección global a las condiciones de circulación y de seguridad en la zona afectada,
• las restricciones y servidumbres, las limitaciones parciales y globales de plazos contractuales para la ejecución de los trabajos, con el objetivo de definir, por un lado, las especificaciones contractuales para el contratista y, por otro, implementar todos los preparativos temporales necesarios y para llevar a cabo una campaña de información a los usuarios y residentes.

Costes y aspectos financieros

• 1. Introducción
• 2. Costes de construcción
• 3. Costes de explotación
• 4. Costes de Renovación y Actualización
• 5. Financiación

1. INTRODUCCIÓN

Los túneles son obras relativamente costosas tanto en construcción como en explotación. Se debe prestar mucha atención desde el comienzo del proyecto con el fin de visualizar todas las optimizaciones técnicas y financieras posibles.

Se recomienda que desde el inicio se implante un proceso que considere:

• la definición detallada de la “función” del túnel,
• un proceso iterativo de “análisis de valor”, realizado en todas las fases estratégicas del proyecto, en el que se integren las distintas etapas de análisis de riesgos,
• un análisis detallado y un seguimiento de los riesgos potenciales en fases de estudio y de construcción. Estos riesgos potenciales están ligados:
  • a las incertidumbres técnicas relativas fundamentalmente a la complejidad del subsuelo, (incertidumbres geotécnicas),
  • a las incertidumbres relativas al tráfico, que constituyen un riesgo importante relativo a los ingresos en el caso de construcción y financiación por parte de una “concesión”,
  • a las incertidumbres y riesgos relativos al entorno financiero, y sobre todo a la evolución en el tiempo de los precios y condiciones de financiación y de refinanciación. Este aspecto constituye un riesgo importante en el caso de construcción y financiación por una “concesión” o por una PPP (Participación Público-Privada) con aporte financiero.

Este proceso permitirá optimizar el proyecto (costes de construcción y de explotación) y controlar mejor los riesgos técnicos, financieros y de plazo.

2. COSTES DE CONSTRUCCIÓN

2.1 COSTES RATIOS POR KILÓMETRO

Los costes de construcción de los túneles son muy variables, no es posible dar ratios de costes por kilómetro representativos, dado que éstos pueden variar en proporciones importantes, (una media de 1 a 5) en función fundamentalmente de:

• las condiciones geológicas,
• las dificultades de los accesos o de los emboquilles,
• la localización geográfica del túnel: urbano o interurbano,
• la longitud: el “ peso” de la ventilación y de los requerimientos de seguridad es más elevado para un túnel largo, mientras que las obras de acceso y de emboquille tienen mayor impacto para un túnel corto,
• el volumen del tráfico, que es determinante para el dimensionamiento del número de carriles, así como para el de las instalaciones de ventilación,
• la naturaleza del tráfico: un túnel con circulación específica de vehículos de transporte de mercancías peligrosas necesitará requerimientos costosos de ventilación, de seguridad e incluso de elementos de resistencia al fuego de la estructura; por el contrario, en un túnel dedicado exclusivamente al paso de vehículos ligeros se pueden obtener ahorros considerables derivados de la reducción de la anchura de los carriles, de la altura libre y de necesidades más reducidas en el ámbito de la ventilación,
• el entorno del túnel, que puede dar lugar a realizar actuaciones costosas de protección o reducción del impacto,
• las decisiones adoptadas para la gestión o el reparto de los riesgos de construcción,
• el marco socioeconómico del país en el que se va a construir el túnel: el impacto puede alcanzar alrededor del 20%,
• la elección de procedimientos constructivos que además de resultar técnica y económicamente beneficiosos para los trabajos del túnel cumplen con todos los requisitos externos impuestos por las autoridades, las partes interesadas y los vecinos que exigen la protección ambiental, la salud y la seguridad durante la construcción.

Se puede indicar, a lo sumo, que el coste medio de un túnel normal, realizado en condiciones geotécnicas medias es del orden de diez veces el de una infraestructura equivalente realizada a cielo abierto (fuera de zona urbana y no incluyendo complicadas estructuras y obras de fábrica).

2.2. Desglose de los costes de construcción

Los costes de construcción para un túnel desglosan en:

• costes de obra civil,
• costes de equipamientos de explotación incluyendo el centro de control y la acometida eléctrica,
• costes varios que engloban fundamentalmente: dirección de obra, control y vigilancia, sondeos de reconocimiento, estudios medioambientales y medidas compensatorias, impuestos, procedimientos varios, etc.

Los dos gráficos siguientes muestran ejemplos del reparto de estos costes de construcción. Por un lado para túneles en los que las condiciones de la obra civil no son complicadas y por otro para los que las condiciones son menos favorables.

Figura 1: Desglose del coste de construcción

Nota: estos dos esquemas muestran la importancia del coste de obra civil en la construcción de un túnel y de cómo se eleva en el caso del esquema situado a la derecha, pudiendo incluso llegar a duplicarse.

3. COSTES DE EXPLOTACIÓN

Los costes de explotación de un túnel se desglosan en:

• costes de explotación propiamente dichos, que engloban esencialmente gastos de personal, costes de energía, gastos de gestión y otros gastos corrientes. Se trata de costes ordinarios,
• los costes anuales ordinarios de mantenimiento,
• costes de grandes reparaciones y de sustitución de materiales en función de su durabilidad y estado durante la vida del túnel. Estos costes no son ordinarios y se ocasionan a partir del décimo o duodécimo año desde el inicio de la explotación del túnel, en función de las características de los materiales, de su calidad y de las condiciones de mantenimiento.

Los dos esquemas siguientes muestran ejemplos, con condiciones económicas constantes, del reparto de los costes de construcción (obra civil, equipamientos de explotación y varios) y de los costes globales de explotación acumulados en un periodo de treinta años desde la puesta en servicio del túnel.

Figura 2: Desglose de costes para un periodo de treinta años

Nota: estos dos esquemas muestran la importancia de los costes de explotación y mantenimiento y la necesidad de adoptar desde la fase de proyecto del túnel las disposiciones necesarias que permitan optimizar los costes ordinarios de explotación y de mantenimiento.

4. COSTES DE RENOVACIÓN Y ACTUALIZACIÓN

Se trata de los trabajos de renovación del túnel para la “puesta al día” de los requisitos de la evacuación, de la resistencia de las estructuras y de los equipamientos de explotación y seguridad para satisfacer las nuevas reglamentaciones en el campo de la seguridad.

En este contexto no es posible aportar ratios debido a la diversidad de túneles existentes, a su estado y a la exigencia más o menos importante de las nuevas normas de seguridad propias de cada país (complementando a las internacionales).

Las comprobaciones hechas en Francia sobre los trabajos de “puesta al día” que han sido encomendados hace una década, muestran una gran variación de los presupuestos correspondientes, que oscilan desde una decena de millones de euros hasta varias centenas de millones de euros, con varias actuaciones superiores a los 200 M€.

5. FINANCIACIÓN

Los túneles constituyen infraestructuras caras en términos de construcción y explotación. Como contrapartida aportan ventajas importantes en materia de ordenación del territorio, fluidez del tráfico, confort, seguridad, fiabilidad de la ruta (atraviesan cadenas montañosas), así como protección del medio ambiente.

La financiación de las obras se puede realizar mediante:

• “modelo tradicional”: financiación y mantenimiento por una entidad pública. Las fuentes de financiación provienen de impuestos o tasas sobre los carburantes.
• “concesión”: mediante una adjudicación privada o semipública, encargada de la ejecución y de la explotación de la obra durante un plazo de tiempo determinado. Esta adjudicación asegura la financiación normalmente mediante préstamos. Como contrapartida impone un peaje a los usuarios para cubrir los gastos de construcción y de explotación, así como los riesgos y los gastos financieros. El modo de “concesión” puede ser combinado mediante una participación financiera del concedente o mediante garantías específicas (por ejemplo: garantía de tráfico mínimo o contrapartida financiera en el caso de que no se alcance éste).
• “modelo mixto” de PPP (Participación Público Privada) o similar, que puede ser:
  • sólo sobre la construcción, o sobre la construcción y la explotación,
  • sobre la construcción mediante un planteamiento “llave en mano” en caso de un procedimiento “proyecto y obra”,
  • sobre la financiación parcial o total.

El presente manual no tiene por objeto detallar los diferentes modelos de financiación, ni presentar sus mecanismos, sus ventajas o sus inconvenientes. Sin embargo parece interesante presentar algunas de las grandes líneas de actuación extraídas de la experiencia, que aportan una visión preliminar.

a) Financiación por una entidad pública

• Este modo de financiación es el más frecuentemente utilizado. Permite asegurar la ejecución de una infraestructura cuya financiación no pueda ser realizada por “concesión”, sin los ingresos derivados de un peaje, o cuando haya voluntad política de evitarlo.
• Necesita, sin embargo, que la entidad pública tenga capacidad financiera que asegure la financiación o capacidad de endeudamiento. Los recursos provienen esencialmente de los impuestos y de las tasas, y a veces, parcialmente de ingresos de peaje.

b) Financiación por “concesión” de un túnel no aislado

• La financiación de un túnel “no aislado” por “concesión” (con o sin participación financiera del concedente), es el caso común de un túnel que se encuentra en una autopista nueva interurbana de peaje. El coste del túnel está repercutido en el coste de la totalidad de la infraestructura construida a cielo abierto, demostrando la experiencia que el sobrecoste del ratio por kilómetro del peaje es aceptado por el usuario a partir del momento en el que la nueva infraestructura aporta un valor añadido suficiente en materia de ganancia de tiempo, de calidad de servicio, de confort y de seguridad.

c) Financiación por “concesión” de un túnel aislado. Existen dos categorías principales de túneles aislados

• Los que suponen una gran mejora en las condiciones de circulación. Es sobre todo el caso de túneles urbanos destinados a hacer más fluida la circulación y mejorar los tiempos de recorrido. La experiencia demuestra que un modo de financiación por “concesión” no es realmente posible excepto cuando se dan las condiciones siguientes:
  • volumen de tráfico importante,
  • país con un nivel de vida elevado que permita la aplicación de un peaje sustancial, indispensable para asegurar el equilibrio financiero,
  • ganancia de tiempo considerable para el usuario por lo que acepta como contrapartida una tasa de peaje relativamente elevada,
  • duración de la concesión de cincuenta años como mínimo.
• Los túneles de “desarrollo regional”, destinados a atravesar grandes obstáculos naturales (cadenas montañosas - golfos). Estos obstáculos constituían un handicap importante para los intercambios comerciales. El volumen de tráfico inicial es relativamente bajo. La nueva infraestructura permitirá el crecimiento del tráfico, aunque esta evolución es frecuentemente difícil de apreciar, lo que constituye un parámetro importante de riesgo financiero para el equilibrio de la concesión. La experiencia demuestra por lo tanto que un modo de financiación por “concesión” no es realmente posible excepto cuando se dan las condiciones siguientes:
  • el obstáculo natural es importante y el túnel suficientemente atractivo (ganancia de tiempo, calidad de servicio, servicio prestado, fiabilidad de la ruta) como para captar todo el tráfico existente a pesar de la necesidad de pagar un peaje,
  • participación financiera del concedente, bien sea en términos de contribución financiera o de participación directa en la ejecución de una parte de los trabajos (realización de los accesos, por ejemplo),
  • garantía de un volumen mínimo de tráfico y, si no se alcanza, contribución financiera de la parte concedente,
  • acuerdos contractuales para repartir los mayores riesgos susceptibles de poner en peligro el modelo financiero si se sobrepasa un cierto límite,
  • duración de concesión muy larga: frecuentemente 70 años o más,
  • garantía financiera aportada por el concedente, con el fin de permitir a los concesionarios obtener condiciones más favorables en el mercado financiero, lo que puede permitir asegurar mejor la viabilidad del sistema financiero.

d) Financiación por PPP o similar

• La riqueza de contenido de una modalidad PPP es muy amplia, siendo difícil de establecer las líneas de actuación teniendo en cuenta el amplio espectro de posibilidades.
• Este modelo de financiación compromete financieramente a largo plazo a las entidades públicas, siendo necesario efectuar un análisis detallado para evaluar su verdadero interés con respecto a una financiación tradicional, más aún cuando frecuentemente este sistema contribuye a incrementar los costes globales del proyecto (obteniéndose las mismas prestaciones) debido a la compensación de los riesgos asumidos por el promotor.
• Las entidades públicas deben definir de manera muy precisa la funcionalidad de la obra, así como los objetivos en materia de calidad, confort, seguridad, calidad del servicio, vida útil, tasas de disponibilidad, etc, con el fin de evitar toda ambigüedad susceptible de traducirse en sobrecostes importantes en el desarrollo del proyecto.

Redes complejas subterráneas  

• 1 Introducción
• 2 Estudio de Casos
• 3 Intereses estratégicos particulares
• Multimedia Kit

1  Introducción

El informe técnico 2016R19ES Túneles de Carretera : Redes complejas subterráneas de carretera refleja las investigaciones realizadas en ejemplos reales de redes complejas subterráneas de carreteras. Un resumen de este informe se presenta a continuación en el Apartado 2.  

Las recomendaciones específicas serán publicadas muy pronto en un segundo informe.

La denominación “Redes Complejas Subterráneas de Carretera” se refiere a las siguientes infraestructuras:

• sucesión de varios túneles seguidos y cercanos: por ejemplo los casos de Praga, La Haya, Oslo y Tromsø,
• túneles multimodales: por ejemplo los de La Haya y Lyon con el uso compartido entre autobuses, peatones, bicicletas y tranvía,
• túneles de servicio, que permiten la conexión con  centros de ocio y  comerciales (usuarios y mercancías): por ejemplo, el caso de Helsinki y Paris-La Défense. Son obras que presentan en general cierta complejidad al existir numerosas interfaces entre diferentes explotadores, 
• túneles con doble función, de tránsito y de acceso a aparcamientos subterráneos: por ejemplo el caso de los de Annecy, Bruselas y Tromsø, 
• túneles de gálibo reducido: por ejemplo el Duplex de la A 86 en la Región parisina,
• infraestructuras subterráneas con varias entradas y salidas, así como intercambiadores subterráneos. Esta categoría de túneles es en la que más cantidad de datos se han recogido en los análisis.

Todas estas obras presentan varias características similares:

• complejidad,
• localización principalmente en zona urbana y periurbana,
• numerosas conexiones con infraestructuras o redes vecinas, que implican una cantidad importante de interacciones entre los gestores de las distintas obras.

2  Estudio de Casos

2.1 Objetivos y metodología

El objetivo es el de realizar un inventario de este tipo de obras en el mundo, analizarlas, realizar un resumen de las informaciones recogidas y establecer unas recomendaciones previas para los directores de obras, proyectistas y explotadores.

La recogida de información no es exhaustiva y los resúmenes no son una base de datos de carácter científico. Sin embargo, recogen enseñanzas pertinentes e interesantes. Por motivos operativos, la recogida de información únicamente se realizó en los países de los miembros del grupo de trabajo o en países con los que tienen activa relación. 

La metodología aplicada es la siguiente: 

• establecimiento de un cuestionario detallado,
• realización de encuestas principalmente mediante entrevistas con los explotadores, los directores de obra y los proyectistas,
• análisis de la información recogida,
• resumen o síntesis,
• redacción de recomendaciones previas.

Debido al muy importante volumen de información recogida (más de 600 páginas) no se ha planteado realizar una publicación exhaustiva de toda ella. El grupo de trabajo prefirió:

• presentar elementos de síntesis,
• realizar una ficha monográfica para cada una de las obras analizadas (ver Apartado 2.5).

Se analizaron veintisiete “conjuntos de túneles”, cuya lista se detalla en el Apartado 2.5. Varios de ellos se componen de 2 y 4 túneles. En total se analizaron 41 túneles individuales, 

A continuación se detalla la distribución geográfica de las obras analizadas.

Fig. 1: Distribución geográfica de los túneles estudiados y distribución detallada en Europa

En el análisis de la muestra se observa que mayoritariamente corresponden a túneles europeos. Esto es debido a:

• una mayor antigüedad de obras de este tipo en territorio europeo y al elevado importe de las inversiones necesarias (el número de países capaces de asumirlas es limitado),
• la dificultad de conseguir información completa en varios países que inicialmente habían sido identificados.

2.3 Principales informaciones de síntesis

Las principales informaciones de síntesis detalladas en el informe se refieren a: 

• la “longitud nominal”: aparecen valores comprendidos entre 400 m y 16,4 km,
• la longitud total de cada “conjunto subterráneo”: los valores están comprendidos entre 1,1 km y 32,8 km,
• el año de puesta en servicio: el túnel más antiguo se puso en servicio en el año 1952 y los más recientes en el año 2014. El 73% de los túneles analizados se pusieron en servicio en las tres últimas décadas, 
• la intensidad de tráfico: los tres túneles con más tráfico presentan intensidades comprendidas entre 150.000 y 160.000 v/día,
• las localizaciones geográficas de las obras con respecto al número de habitantes en la aglomeración urbana implicada,
• los procedimientos constructivos: a cielo abierto (44%), perforación con métodos convencionales (44%), excavación con tuneladora, con escudo o mediante cajones prefabricados sumergidos (12%),
• las características geométricas mínimas del trazado en planta y del perfil longitudinal,
• las inclinaciones máximas en rampa o en pendiente,
• el número de enlaces subterráneos o de ramales de entrada y salida: dos “conjuntos de túneles” incluyen más de 40 entradas y salidas,
• la anchura de los carriles comprendida entre 3,00 m y 4,50 m. El 2/3 de las obras tienen una anchura de carril de 3,50 m,
• el gálibo vertical (altura libre) comprendido entre 2,00 m y 4,80 m,
• los elementos laterales: arcén, aceras,
• las limitaciones de velocidad: limitada a 70 km/h en la mayoría de las obras analizadas,
• el tipo de tráfico: la mayoría de las obras analizadas están prohibidas a vehículos pesados,
• las tasas de averías y accidentes, 
• los ratios anuales de incendio,
• las salidas de emergencia y disposiciones relativas a la seguridad,
• los sistemas de ventilación,
• la organización de la explotación y del mantenimiento.

2.4 Recomendaciones previas

Del análisis de la información se han establecido unas recomendaciones previas que serán publicadas de forma más detallada en la Parte B del informe, a final del ciclo 2016-2019.

Estas recomendaciones previas, desarrolladas en el Capítulo 11 - Situación actual, comentarios y recomendaciones preliminares tratan los siguientes temas:

a - Geometría

Las redes subterráneas de carretera se ubican principalmente en zonas urbanas y su proyecto (principalmente el trazado) está sometido a numerosas exigencias.

Las condiciones geométricas son a menudo motivo de accidentes: trazado sinuoso, visibilidad insuficiente en las zonas de entrada y salida, características insuficientes en las salidas o zonas de incorporación, malas condiciones de conexión de los ramales de salida a la carretera de superficie que provocan congestiones en el túnel principal, etc.  

Se recomienda para el estudio del trazado: 

• no limitarse al enfoque geométrico, vinculado únicamente con las exigencias de ocupación del suelo subterráneo y de superficie,
• realizar un enfoque global, que tenga en cuenta, entre otras cosas, las exigencias relativas a la ocupación del suelo, a la evolución y a las condiciones del tráfico, a las condiciones de explotación y de seguridad, al contexto geológico, geotécnico y medioambiental, a los métodos de construcción y a todos los parámetros relacionados con la obra. (véase también el Apartado 3).

Según las encuestas, el 80% de los túneles analizados prohíben el tráfico de los vehículos de más de 3,5 toneladas (o en su caso 12 toneladas), pero no se tiene en cuenta este criterio en la redacción del proyecto a la hora de determinar la anchura de los carriles y el gálibo vertical.

Análisis realizados en el marco de proyectos recientes resaltan que en el caso de túneles que prohíben el tráfico de vehículos pesados, la reducción de dimensiones permite ahorros sustanciales (de entre el 20 % y el 30% según las características).

Se recomienda realizar, al inicio del proyecto, estudios detallados relativos a la “función” del túnel, a las condiciones de circulación (volumen y tipo de vehículos) y a las posibilidades económicas y tipo de financiación, con el fin de considerar la posibilidad de optar por una sección transversal con características geométricas reducidas que permita optimizar el proyecto desde el punto de vista económico sin reducir el nivel de servicio ni las condiciones de seguridad.

c - Ventilación

Las redes subterráneas de carreteras generalmente están sometidas a un intenso tráfico. Las congestiones son frecuentes y existen probabilidades muy altas y recurrentes de que se formen atascos. El sistema de ventilación debe adaptarse a estas circunstancias, apoyarse en un análisis detallado de riesgos y peligros y considerar la existencia de atascos.   

Un sistema de “pura” ventilación longitudinal raras veces es una solución adecuada para cumplir con todos los criterios de seguridad, sobre todo si se produce un incendio aguas arriba de una congestión de tráfico o de un atasco. La ventilación longitudinal implica la presencia de humos desestratificados aguas abajo del foco del incendio, lo que es peligroso para los usuarios en caso de atasco en esa zona.

Resulta muchas veces imprescindible añadir un conducto de extracción de humos o elegir un sistema de ventilación transversal o semi-transversal, en el caso de no existir otra solución para reducir el peligro o que ésta no se considere realista y fiable.

También es necesario establecer dispositivos para independizar los distintos ramales, con el fin de poder controlar la propagación del humo en caso de incendio.

Hay que analizar con mucho detalle los riesgos inherentes al tránsito de vehículos de mercancías peligrosas en un túnel urbano con mucho tráfico ya que ningún sistema de ventilación es capaz de reducir de forma significativa los efectos de un incendio importante de materias peligrosas con semejantes condiciones de circulación.

d - Lucha contra incendios

Hace falta analizar, en condiciones normales de tráfico y en horas punta, los plazos necesarios para que los equipos de intervención se desplacen desde su centro a la zona del incendio con el fin de detectar la eventualidad de disponer de equipos de primera intervención cerca del túnel.

La tasa de renovación del personal en los equipos de bomberos es bastante elevada en zona urbana y sus intervenciones no son muy frecuentes, por lo que es imprescindible elaborar herramientas que permitan proporcionarle una formación y entrenamiento permanentes. Un modelo virtual 3D de red junto a un simulador podrían resultar unas herramientas pertinentes, atractivas y eficaces. 

e - Señalización

Es fundamental garantizar una buena visibilidad de las bifurcaciones de salida y una señalización perfectamente legible con el fin de reducir los riesgos de accidente en los ramales.

La ubicación de los enlaces, de los ramales de entrada y salida y el diseño de la señalización deben analizarse en las etapas anteriores a los estudios de trazado.

f - Medioambiente

La contaminación atmosférica es el punto más sensible y muchas veces tanto las colectividades locales como los habitantes de la zona solicitan con mucha insistencia la instalación de sistemas para tratar el aire del túnel previamente a  su extracción.

Por tanto, la decisión de colocar sistemas de tratamiento del aire suele ser una decisión política, más que racional o técnica. De todos modos, antes de cualquier decisión, es necesario:

• realizar un análisis global para valorar la eficacia real que se espera tanto respecto a la calidad del aire como a los costes de inversión y de explotación, principalmente energía y mantenimiento, con el fin de establecer un balance provisional racional y equilibrado de la situación técnica y económica,
• tener en cuenta los avances de la industria del automóvil que permiten una reducción de las emisiones de los vehículos y limitan la concentración de contaminación. Con el tiempo, como resultado de la reducción de la concentración, las instalaciones de tratamiento de aire serán cada vez menos eficientes.
• analizar las experiencias internacionales y los motivos por los que numerosas instalaciones de tratamiento del aire han dejado de utilizarse.

g – Condiciones de circulación – gestión del tráfico

Las conexiones entre los ramales de salida y la red de superficie deben disponer de equipos que permitan supervisar y gestionar el tráfico en tiempo real con el fin de reducir las congestiones de tráfico en los túneles y de mejorar la seguridad en caso de incidente que requiera una rápida evacuación de los usuarios.

h – Explotación

En general, existe una coordinación entre los explotadores de las infraestructuras que están conectadas,  pero muchas veces es imprescindible especificar la situación y el papel de cada uno de ellos especialmente en caso de congestión y de incendio, mediante la elaboración de procedimientos conjuntos y la definición de las prioridades entre las distintas infraestructuras y el tráfico en cada una de ellas.

2.5 Monografías Y Fichas

A continuación se adjunta una tabla de las obras analizadas, cuyas fichas pueden consultarse en el Multimedia Kit debajo de la página Las señaladas en color ámbar están en curso y en breve estarán disponibles on-line. 

Multimedia Kit

Legislación - Recomendaciones

Los países que tienen muchos túneles disponen de normativa y han desarrollado recomendaciones y guías para el proyecto, la construcción, la explotación, el mantenimiento, la seguridad y la intervención de los servicios de rescate.

En lo que concierne a las condiciones de seguridad en túneles de carretera, para los países pertenecientes a la Unión Europea es de obligado cumplimiento la Directiva 2004/54/CE que prescribe los requisitos mínimos que deben cumplirse con el fin de garantizar la seguridad de los usuarios, siendo de aplicación para los túneles de longitud mayor de 500 m y pertenecientes a la red de carreteras transeuropea. Además también un amplio grupo de países europeos están obligados al Acuerdo europeo sobre el transporte internacional de Mercancías Peligrosas por carretera (ADR), que incluye medidas específicas para los túneles. Cada país miembro ha traspuesto estas normativas europeas a su propia legislación nacional. Además algunos países han añadido regulaciones adicionales que son más exigentes que la simple transposición de las especificaciones europeas.

La AIPCR, en colaboración con el Comité de Seguridad en explotación de infraestructuras subterráneas (ITA-COSUF) de la Asociación internacional de túneles y obras subterráneas (ITA - AITES), ha elaborado una relación de las normativas y recomendaciones exigibles en materia de explotación y de seguridad en túneles, que puede ser consultada en la página web de ITA-COSUF (Publications) . Aunque la relación no es exhaustiva presenta un panel internacional de veintisiete países y tres organizaciones internacionales.

Muchos países no disponen de normativa relativa a túneles o a su seguridad ya que no tienen túneles de carretera en su territorio. Es recomendable que en su caso seleccionen un paquete completo y coherente de las normativas existentes en un país con larga experiencia en el campo de los túneles y no emplear una mezcla de criterios obtenidos de fuentes distintas. Las recomendaciones de la AIPCR, como se resume en este manual, así como las de la Directiva europea 2004/54/CEa constituyen referencias internacionales que están siendo aplicadas de manera creciente.

Construcción

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Capacidad de tráfico

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Trazado general

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Geometría de la vía

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Salidas de emergencia

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Instalaciones para vehículos

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Otras instalaciones

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Fundamentos de ventilación

• 1. Tipos de sistema de ventilación
• 2. Ventilación durante explotación normal
• 3. Escenarios de incendio
• 4. Otros peligros

El proyecto de sistemas de ventilación de túneles tiene como objeto la selección de la mejor opción para cumplir los siguientes objetivos:

• Dilución de contaminantes en el aire (dentro del túnel);
• Impacto medioambiental (en el exterior);
• Control del humo en caso de incendio.

Para llevar a cabo una evaluación de las necesidades concretas de un túnel que lleven a la selección de un sistema de ventilación adecuado, se deben tener en cuenta tanto el caudal de aire necesario para diluir los contaminantes como otros factores diversos, tales como la longitud del túnel, su ubicación, el tipo de tráfico, las leyes medioambientales; sin olvidar los aspectos relacionados con la protección frente a incendio. 

1. Tipos de sistema de ventilación

En los túneles de carretera se pueden encontrar muy diversos tipos de sistemas de ventilación incluyendo, entre otros, los siguientes:

• Ventilación natural, la cual se consigue a través de las corrientes inducidas por la temperatura del aire y las condiciones meteorológicas y/o por el tráfico;
• Ventilación mecánica, que a su vez puede ser:
  • longitudinal;
  • extracción masiva o puntual; 
  • Transversal;
  • Semitransversal (y semitransversal reversible);
  • pseudotransversal.

(las combinaciones de varios de estos sistemas pueden darse, a veces de forma inevitable)

• filtrado del aire combinado con ventilación mecánica.

Se puede encontrar una descripción de las características de cada uno de estos sistemas en el capítulo V “Ventilación para el control del humo e incendios” (Inglés/Francés) en el informe AIPCR 1999 05.05.B, en el capítulo 4 “Ventilación” del informe AIPCR 2007 05.16B "Sistemas y equipamiento para el control de humos e incendios"  (Inglés/Francés) y en el capítulo “Clasificación de los sistemas de ventilación” del informe AIPCR 2011R02ES “Túneles de Carretera: Estrategias de control de la ventilacíon en situación de emergencia”. 

En la página Proyecto y dimensionamiento se describen tanto los criterios como la metodología para el diseño y dimensionamiento de la ventilación, los cuales se basan en los principios básicos de ventilación, aplicables tanto a situaciones de explotación normal como incendio, 

2. Ventilación durante explotación normal

Las emisiones de CO, partículas y NO_x (como mezcla de NO y NO₂) son considerados los contaminantes de referencia originados por los vehículos de combustión interna en los túneles de carretera. 

La cantidad de aire fresco necesaria ante unas determinadas condiciones de tráfico, depende del número de vehículos presentes en el túnel, las emisiones promedio por vehículo y las concentraciones admisibles para cada contaminante (ver el informe AIPCR 2019R02 “Túneles de carretera: emisiones de vehículos y demanda de aire de ventilación” )   

La legislación suele establecer los niveles máximos permitidos para aquellos contaminantes que pueden afectar a la salud de las personas. La dosis de contaminante depende del tiempo de viaje necesario para atravesar el túnel. En caso de no disponerse de normativa de referencia, el capítulo 4 “Valores de contaminantes admisibles de proyecto y durante la explotación” del informe AIPCR 2019R02 “Túneles de carretera: emisiones de vehículos y demanda de aire de ventilación” recomienda umbrales admisibles y aplicables durante la explotación normal o en actividades de mantenimiento.

Se puede encontrar información adicional sobre las emisiones de NO_x, y de las consiguientes recomendaciones para la ventilación de túneles de carretera, en el informe AIPCR 2000 05.09.B. “Contaminación por dióxido de nitrógeno en túneles de carretera” (Inglés). 

Además, debido a criterios medioambientales, a menudo se exige que la calidad del aire expulsado por las bocas del túnel respete unos determinados umbrales de contaminantes, especialmente NO₂. Esto puede conseguirse mediante la gestión de emisiones por las bocas. En algunos casos, los requisitos de calidad del aire en el interior o a través de las bocas puede condicionar la capacidad del sistema de ventilación.

La página Proyecto y dimensionamiento describe los criterios principales a considerar en el diseño y dimensionamiento de sistemas de ventilación en túneles de carretera durante explotación normal.

Además, durante la explotación del túnel, el control del sistema de ventilación se realiza mediante el establecimiento de ciertas consignas, generalmente fijadas por debajo de los niveles admisibles, de tal forma que la ventilación se activa antes de que las concentraciones de contaminante los excedan. Para cubrir situaciones excepcionales, se fijan umbrales de cierre de túnel, definidos para garantizar la seguridad de los usuarios, que no deben superarse bajo ninguna circunstancia. Se puede encontrar más información sobre el diseño del sistema de control de la ventilación en la página Control y monitorización.

3. Escenarios de incendio

La comprensión de los fenómenos que influyen en el comportamiento del humo durante un incendio es crucial para llevar a cabo el proyecto y la explotación de un túnel y condicionará el tipo y capacidad del sistema de ventilación a instalar, las actuaciones que se lleven a cabo sobre él durante una emergencia y los procedimientos de intervención que se desarrollarán para la gestión segura por los operadores y servicios de emergencia durante el incidente.

El capítulo 1 del informe AIPCR 2007 05.16.B "Sistemas y equipamiento para el control del humo e incendios" (Inglés/Francés) describe el comportamiento global del humo y los factores principals que influyen en su propagación por el túnel, mientras que el capítulo 3 describe, para distintos casos reales, las consecuencias que las actuaciones sobre la ventilación del túnel pueden tener en el control de los humos en caso de incendio.

Los diferentes tipos de vehículos que pueden atravesar un túnel (coches, autobuses, camiones, vehículos especiales, etc.) así como las distintas cargas de fuego que portan (personas, materiales combustibles o no combustibles, sustancias explosivas, productos tóxicos, etc.) pueden originar incendios con gran variabilidad en cuanto a su magnitud y características. En la mayoría de los casos los incendios son pequeños con escasa producción de humos y energía por lo que sus efectos son relativamente poco dañinos, pero también pueden ocurrir incendios de vehículos cisterna, muy peligrosos, con una norme producción de humo, altas temperaturas y riesgo de explosión. Como resultado, no es posible definir las condiciones de producción de humo y temperatura que pueden darse en cualquier tipo de incendio.     

El desarrollo y dispersión a lo largo del túnel por el humo generado por el incendio depende principalmente de los siguientes factores: 

• posible reducción del suministro de aire al fuego; 
• producción de calor;
• fracción convectiva del calor;
• pendiente longitudinal;
• tipo de ventilación;
• dimensiones del espacio de circulación y posibles obstrucciones;
• empuje generado por los vehículos en movimiento;
• causas meteorológicas (fuerza y dirección del viento).

En general puede decirse que, como resultado de la energía liberada en las proximidades del foco, el humo se eleva hasta incidir en la clave y continuará avanzando, bien en un único sentido si la velocidad es elevada aunque podría darse cierto retroceso de la capa de humos, en inglés backlayering (ver página Proyecto y dimensionamiento), o en los dos sentidos cuando la velocidad longitudinal del aire es baja. De esta forma, debería crearse una zona libre de humos en la zona de la calzada en las proximidades del foco, al menos, durante los periodos iniciales del incendio.

Se puede encontrar información detallada sobre la producción de contaminantes y humo durante incendios reales y ensayos de incendio a gran escala en la sección II.4 “elección del incendio de diseño” y en la III.4 “propagación y dispersión de los humos en los ensayos de incendio” del informe AIPCR 05.05 B, "Incendios y control de humos en túneles de carretera" (Inglés/Francés) y en el apéndice 2 “Ensayos de incendio” del informe AIPCR 2017R01 “Características del incendio de proyecto en túneles de carretera” (Apéndices en inglés). 

La ventilación del túnel es un elemento clave para mitigar las consecuencias de un incendio en un túnel. La página Proyecto y dimensionamiento describe los criterios principales a considerar para el diseño y dimensionamiento de sistemas de ventilación en túneles de carretera en caso de incendio.

Además, la página Estrategias de ventilación, aporta información adicional acerca de las estrategias óptimas de actuación en caso de incendio.

4. Otros peligros

Otro factor de riesgo importante cuando se aborda la seguridad frente a incendio en un túnel se puede producir dependiendo de si está permitido o no el tránsito de vehículos de transporte de mercancías peligrosas. El criterio para decidir cuándo estos transportes se deben permitir no está incluido en los aspectos asociados a la ventilación de túnel. Se puede encontrar más información sobre la evaluación y mitigación de los riesgos asociados al transporte de mercancías peligrosas en túneles de carretera en la página Peligros asociados al transporte de Mercancías Peligrosas.
 

Proyecto y dimensionamiento

• 1. Elección y diseño del sistema de ventilación
• 2. Capacidad de ventilación en explotación normal
• 3. Capacidad de ventilación para escenarios de incendio
• 4. Dimensionamiento de la ventilación en túneles de carretera
• 5. Otros aspectos. Túneles urbanos y complejos subterráneos

Proyectar un sistema de ventilación consiste básicamente en la elección del tipo de ventilación, el cálculo de la capacidad mínima adecuada del sistema en cuanto a caudales y empujes, el diseño de la red de ventilación y la selección del equipamiento de ventilación adecuado, que cumpla un conjunto determinado de especificaciones incluyendo resistencia al fuego y prestaciones acústicas.

1.Elección y diseño del sistema de ventilación

La elección y diseño del sistema de ventilación depende de estos factores principales:

• Longitud del túnel, número de tubos y tipo (urbano o rural),
• Requisitos de aire fresco bajo condiciones normales y excepcionales de tráfico,
• Niveles admisibles de contaminantes en las proximidades de las bocas,
• Consideraciones respecto de la seguridad frente a incendio.

La página Fundamentos de ventilación aporta información general sobre los distintos tipos de sistema de ventilación que se suelen encontrar en los túneles de carretera.

La ventilación natural puede ser muy eficaz para la dilución de contaminantes (especialmente en túneles unidireccionales), pero no es posible emplearla, si se tienen en cuenta criterios de seguridad frente a incendios, para túneles con longitudes por encima de unos pocos centenares de metros. No obstante, debido a la gran cantidad de parámetros de diseño involucrados, no es posible fijar recomendaciones universales en cuanto a los límites de la ventilación natural.

En la mayoría de los países, la evaluación de la necesidad de un sistema de ventilación mecánica para la explotación normal del túnel tiene en cuenta su longitud así como el tipo de tráfico (bidireccional o unidireccional) y su estado (frecuencia de atascos). Estos mismos aspectos determinan los requisitos para la ventilación en caso de emergencia, principalmente de incendio. También debe tenerse en cuenta la presencia de otros equipamientos o elementos, como por ejemplo las salidas de emergencia.  

En general, se pueden encontrar dos tipos de estrategias de ventilación:

• Ventilación Longitudinal (VL): Con la ayuda de un chorro de aire situado en la columna de aire del túnel, se puede vencer la resistencia convirtiendo el momento del chorro en presión estática. Los chorros de aire se pueden emplazar en las entradas del túnel (Saccardo), inyectando aire exterior al túnel o con ventiladores repartidos a lo largo del mismo, cada uno de los cuales acelera parte del flujo de aire. Los aceleradores pueden funcionar en ambos sentidos (ver la sección IV.2 “Ventilación longitudinal” del informe AIPCR 1996 05.02.B “Túneles de carretera: emisiones, medio ambiente, ventilación”) (Inglés/Francés),
• Ventilación semitransversal (VST) o transversal (VT): se aplica fundamentalmente en túneles bidireccionales o unidireccionales con riesgo de congestión de tráfico. Mediante la distribución uniforme de aire fresco a lo largo del túnel y empleando un conducto de aire fresco independiente, las emisiones de los vehículos se diluyen localmente a lo largo del túnel. En caso de incendio en el túnel, el humo se puede extraer, empleando un conducto dedicado de extracción o invirtiendo el sistema de suministro de aire fresco, lo que reduce las necesidades de salidas de emergencia (ver sección IV.3 “Ventilación semitransversal” del informe AIPCR 1996 05.02.B “Túneles de carretera: emisiones, medio ambiente, ventilación”(Inglés/Francés).

Los argumentos para decidir, en cada caso concreto, entre ventilación longitudinal (VL) y transversal (VST/VT) son los siguientes:

• Costes iniciales: La instalación en VST/VT con conductos independientes de aire fresco y extracción y estaciones de ventilación implica costes de construcción más altos que con una VL, mientras que los costes de las instalaciones electromecánicas pueden ser similares. Dependiendo de los análisis asociados a la seguridad en caso de incendio, la VL puede implicar costes adicionales en salidas de emergencia o en conductos de extracción de humos.
• Consumo de la ventilación: en túneles bidireccionales el consumo de energía de la ventilación, para túneles largos, es menor para una VST/VT que para una VL. En un túnel unidireccional el efecto pistón con tráfico fluido crea suficiente ventilación natural incluso en túneles largos, pero en situaciones de atasco o con tráfico bidireccional, el consumo de energía es habitualmente mayor para VL que para VST/VT. Cuando las exigencias de control de contaminantes implican la construcción de chimeneas para controlar la cantidad de aire del túnel dispersado por las bocas, el consumo de electricidad de los ventiladores de los pozos se vuelve dominante a menos que se escoja un sistema en el que la ventilación para la dilución de los gases en el túnel pueda funcionar de forma independiente al de las chimeneas que controlan el flujo del aire. Se puede encontrar más información sobre el impacto en la ventilación del túnel en el conjunto de los costes de explotación y de consumo eléctrico en el informe AIPCR 1999 05.06.B "Túneles de carretera: Reducción de los costes de explotación" (Inglés/Francés).   
• Control del humo e incendio: una VT, o VST funcionando en modo reversible, puede extraer humo de la zona de circulación, creando un espacio libre de humo en la zona sobre la calzada, pero podría aportar menor capacidad para controlar la extensión de los humos si no es posible controlar el flujo longitudinal del aire. Una VL puede empujar los humos a un lado del foco, sin que haya un retroceso de la capa de humos apreciable, pero podría no evitar que la sección aguas abajo del foco se llene completamente de humo hasta llegar a la boca o a un pozo de extracción.
• Protección medioambiental: con una VST/VT en un túnel explotado de forma bidireccional, existe contaminación del aire en las dos bocas, mientras que una VL puede limitar el impacto a una sola. 
• Túneles largos: se tienen que respetar las velocidades longitudinales máximas admisibles, lo que limita el uso de VL pero también la VST en túneles de gran longitud.

Hoy en día, la elección entre distintas alternativas de sistemas de ventilación está principalmente marcada por las consideraciones de seguridad frente a incendio, aunque los aspectos medioambientales están cobrando especial relevancia durante el proceso de toma de decisiones. En las secciones V.7 “recomendaciones sobre la ventilación longitudinal” y V.8 “recomendaciones sobre la ventilación semitransversal y transversal” del informe AIPCR 1999 R05.05.B "Incendio y control de humo" (Inglés/Francés) se aportan aspectos de diseño relevantes y algunas descripciones de las principales limitaciones de cada uno.

En informe AIPCR 2007 05.16.B "Sistemas y equipamiento para el control de humos e incendio en túneles de carretera" (Inglés/Francés) analiza aspectos adicionales a este tipo de sistemas. Así, la sección 4.4 “ventilación longitudinal” incluye criterios e indicaciones para el proyecto y ensayo de este tipo de sistemas, incluyendo distintas consideraciones en relación con los niveles sonoros que no deben sobrepasarse en el interior del túnel (ver sección 4.4.2 Impacto acústico de los aceleradores en un túnel). 

Además, el proyecto de sistemas de ventilación tiene que cubrir otros aspectos transversales que incluyen la disponibilidad, durabilidad, mantenibilidad o fiabilidad. Se pueden encontrar numerosas consideraciones y criterios sobre el ciclo de vida de los sistemas de ventilación en el informe AIPCR 2012R14ES "Consideraciones sobre el ciclo de vida de los equipamientos eléctricos de túneles de carretera".

2.Capacidad de ventilación en explotación normal

La sección Ventilación durante explotación normal de la página Fundamentos de ventilación presenta información general de interés en cuanto a la explotación normal en túneles de carretera.

El Proyecto de un sistema de ventilación de túneles de Carretera debe considerar la demanda de aire fresco para mantener la calidad del aire en el interior del túnel durante las situaciones de explotación normal y de congestión de tráfico y el control de los humos y gases calientes en caso de incendio. La mayor parte de las veces, la necesidad de ventilación para gestionar un incidente de incendio establece la capacidad de la ventilación en túneles de autopista y túneles no urbanos. Sin embargo, los requisitos de aire fresco para la dilución durante explotación normal y en casos de congestión, o cuando existen condicionales especiales de tipo medioambiental, pueden ser dimensionantes en túneles con altos niveles de tráfico y situaciones frecuentes de congestión.  

La capacidad de ventilación durante explotación normal viene definida por las necesidades de aire requerido para diluir las emisiones de los vehículos manteniendo los niveles de calidad del aire en el interior del túnel en valores admisibles.

La demanda de aire fresco (caudal de aire) se determina en función del incremento admisible de las concentraciones emitidas en el flujo de aire. El aire ya entra en el ambiente del túnel con una cierta concentración de contaminante y durante su circulación a lo largo del mismo va aumentando su concentración debido a las emisiones de los tubos de escape. El aire contaminado debe por tanto diluirse en el interior del túnel antes de que se alcancen los límites admisibles de contaminantes. Las concentraciones en el túnel son resultado del producto de las tasas de emisión por el inverso del caudal.

La cantidad de aire fresco necesario para una determinada situación de tráfico depende del número y tipo de vehículos en el túnel, la emisión media por coche y las concentraciones admisibles para esa situación concreta. 

A lo largo de las últimas décadas, distintos informes de la AIPCR han tratado el tema del diseño y dimensionamiento de la ventilación del túnel durante la explotación normal. El informe AIPCR 1996 05.02.B “Túneles de carretera: emisiones, medio ambiente, ventilación” (Inglés/Francés) definía un método para el cálculo de las necesidades de aire fresco y aportaba las tasas de emisión para el proyecto de ventilación del túnel, y además incluía información general y específica que puede resultar útil a la hora de proyectar un sistema de ventilación longitudinal o semitransversal.
 
Sin embargo, la continuación renovación de la flota de vehículos, el endurecimiento continuo de las leyes de emisión y la incorporación de sistemas de propulsión alternativos (vehículos híbridos, coches eléctricos, etc.) hacen que los datos de emisiones para el proyecto deban mantenerse actualizados. Como resultado, en los años 2004, 2012 y por último en 2019 (ver informe AIPCR 2019R02 “Emisiones de vehículos y caudal de aire de ventilación”) (Inglés/Francés) se han publicado versiones actualizadas del informe de 1996, que aportan nuevos métodos para el cálculo de las necesidades de aire fresco y las tasas de emisión con un enfoque internacional.

La tasa de emisión es función de numeros factores incluyendo:

• el número y tipo de vehículos (vehículos ligeros, furgonetas y camiones),
• los estándares de emisión al que se adscribieron los vehículos (por ejemplo Euro 4),
• la velocidad del vehículo que incluye el tráfico fluido o en congestión,
• la pendiente de la carretera,
• otros parámetros que afectan a la potencia necesaria para propulsar los vehículos (por ejemplo el peso).

En el informe del año 2019 se incluye una descripción detallada del método de cálculo de las tasas de generación de emisiones (sección 5) y las últimas versiones de la base de datos. Por razones prácticas es posible descargar un fichero en formato de hoja de cálculo que contiene los datos de emisiones desde la biblioteca virtual de la AIPCR. 

3.Capacidad de ventilación para escenarios de incendio

La sección Escenarios de incendio de la página Fundamentos de ventilación presenta información interesante relativa a los escenarios de emergencia en túneles de carretera.

La capacidad de ventilación necesaria en explotación normal puede no ser suficiente para cumplir los requisitos de control de humos. Además, el caudal necesario para conseguirlo depende del tamaño del incendio.

Con el objetivo de definir la capacidad de ventilación, el incendio de proyecto (definido como una tasa de liberación de calor, o HRR del inglés Heat Release Rate, en función del tiempo) aporta las características de incendio que se emplean para establecer el dimensionamiento del equipamiento en túneles y los escenarios a considerar cuando se desarrollan los Planes de actuación ante emergencia.

Figura 1: Curva de referencia de la potencia de un incendio

La elección de un incendio de proyecto depende del tipo de tráfico permitido en el túnel. Con posterioridad al valor pico del incendio de proyecto de 30 MW recomendado en el informe AIPCR 1999 05.05.B "Incendio y control de humo" (Inglés/Francés), el informe AIPCR 2007 05.16.B "Sistemas y equipamiento para el control del humo y el fuego" (Inglés/Francés) formuló los valores pico para las tasas de liberación de calor de distintos tipos de vehículos y discutió también las tasas de crecimiento de incendio y su relación con las salidas de emergencia.

Posteriormente, el informe AIPCR 2017R01ES "Características del incendio de Proyecto en túneles de carretera" aportó indicaciones para la elección del incendio de proyecto, desde el punto de vista de la seguridad frente a incendio. El informe aporta información sobre los ensayos e incidentes que han puesto de actualidad este tema y también resumen los criterios adoptados para el fuego de proyecto que se adoptan en muchos países.  

Además, el informe presenta los distintos enfoques que se aplican en la mayoría de países a la hora de seleccionar el incendio de proyecto.

El diseño prescriptivo implica la aplicación del incendio de proyecto dado por una normativa o un estándar, el cual puede depender del tipo y densidad de tráfico, ubicación y longitud del túnel y el proyectista o autoridad escogería el valor apropiado para cada caso. La sección 2.1 "Resumen de las prácticas adoptadas en diversos países" del informe AlPCR 2017R01 "Características del Incendio de proyecto en túneles de carretera" resume las hipótesis habituales empleadas en distintos países respecto del incendio de proyecto.

En un enfoque basado en prestaciones se establecerá el nivel de riesgo considerado aceptable mediante un análisis especifico del proyecto. El punto de partida pueden ser los valores prescriptivos adoptados, pero modificados según las medidas de mitigación y los niveles de riesgo aceptables.

Entre estos dos enfoques, existen opciones intermedias que permiten cierto grado de enfoque prestacional sobre las bases de tipo prescriptivo.

La influencia de los sistemas fijos de extinción en la definición y elección de un incendio de diseño se discute en el informe AIPCR 2016R03ES "Sistemas fijos de extinción de incendios en túneles de carretera: Sistemas actuales y recomendaciones".

Como conclusión, no es posible especificar un incendio de proyecto universal y concreto; de hecho, hacerlo sería incongruente con la variabilidad inherente y la distinta probabilidad de ocurrencia de tamaños de incendio en los túneles. Sin embargo, una vez queda definido en cada caso concreto, se puede establecer la capacidad del sistema de ventilación en caso de incendio, con criterios diferentes en función del tipo de sistema de ventilación.

Ventilación longitudinal

El sistema de ventilación longitudinal induce un flujo longitudinal a lo largo del eje del túnel, lo que proporciona un sistema de gestión del humo eficiente siempre que éste ocupe un sólo lado del incendio, es decir, permitiendo que el tráfico situando aguas abajo abandone el túnel. El humo se expulsa hacia el lado libre de vehículos, de forma que la evacuación se pueda completar por el lado situado aguas arriba del foco.

Esto se puede conseguir cuando la ventilación longitudinal genera una velocidad del aire, al menos, igual a la velocidad crítica. Una velocidad insuficiente conlleva la propagación del humo aguas arriba del foco (i.e. back-layering).

Figura 2: Ejemplo de la velocidad crítica como función de la potencia de incendio y de la altura del túnel

Los avances más recientes en los sistemas de extracción de tipo semitransversal buscan limitar la propagación de los humos a ambos lados del incendio. Esto permite la evacuación desde el incendio a ambos lados. Este método es esencial para la evacuación en caso de incendio en un túnel con tráfico bidireccional o con congestión. De forma ideal, el sistema de extracción debería conseguir que el aire fluya, en la zona destinada al tráfico, desde ambos lados hacia el foco, como se muestra en la figura. Esto confina el humo en una zona e incrementa la eficiencia de la extracción.

Figura 3: Principio de confinamiento

Algunos sistemas emplean exutorios controlados remotamente que permiten la extracción puntual del humo cerca del foco. Los costes de construcción para sistemas de extracción son más altos que para sistemas longitudinales y, en tanto que el tamaño del conducto de extracción requerido se incrementa con la tasa de producción de calor del incendio, un incendio de proyecto mayor tiene fuerte impacto en los costes de inversión asociados.

Se puede encontrar información adicional en el incendio de diseño de un sistema de gestión del humo en el capítulo 3 del informe AIPCR 2017R01ES "Características de Incendio de Proyecto en túneles de Carretera". 

4.Dimensionamiento de la ventilación en túneles de carretera 

Una vez se ha escogido el tipo de sistema de ventilación y se ha definido la capacidad de ventilación (en términos del caudal requerido), el dimensionamiento de la ventilación debe permitir la definición del equipamiento necesario para suministrar la capacidad de ventilación requerida tanto en explotación normal como en caso de incendio.

En general, el dimensionamiento de la ventilación longitudinal consiste en el cálculo del empuje requerido de los aceleradores o de las toberas Saccardo, mientras que en la ventilación transversal el tamaño de los conductos de extracción y/o impulsión y deben estimarse los caudales, presiones y potencia eléctrica de los ventiladores axiales o centrífugos asociados.

En la página Sistema de ventilación del túnel incluida en la sección general Equipamiento y sistemas se aporta información más detallada sobre las características del equipamiento de ventilación. 

A continuación, se da información general y específica que puede resultar útil a la hora de dimensionar un sistema de ventilación de tipo longitudinal o semi-transversal.

Ventilación longitudinal 

La resistencia del flujo se puede vencer con la ayuda de un chorro situado en la columna de aire al convertir el momento del chorro en presión estática. Los chorros de aire se pueden ubicar en la entrada del túnel (Saccardo), inyectando el aire exterior en el interior del túnel o con aceleradores a lo largo del mismo, cada uno de los cuales acelera parte del flujo del aire.

Las fórmulas básicas para dimensionar sistemas de aceleradores (empuje y número de equipos) empleados en ventilación longitudinal para explotación normal se recogen en la sección IV.2 "Ventilación longitudinal" del informe AIPCR 1996 05.02.B "Túneles de Carretera: emisiones, medio ambiente, ventilación" (Inglés/Francés). Éstas consideran distintos factores tales como el efecto pistón de los vehículos, contrapresión meteorológica, la resistencia de las paredes, etc. También contempla la influencia del incendio en el sistema de aceleradores, los efectos meteorológicos en las bocas del túnel (principalmente el viento), la ubicación óptima de los equipos, su rendimiento y los niveles sonoros creados por los aceleradores.

El informe AIPCR 2007 05.16.B "Sistemas y equipamiento para el control de los humos y el fuego" (Inglés/Francés) incluyó consideraciones adicionales para evaluar la influencia del incendio en un sistema de aceleradores, aportando recomendaciones adicionales para su distribución a lo largo del túnel. Resulta especialmente interesante para el dimensionamiento de los sistemas de ventilación longitudinal el ejemplo de cálculo de la sección 12.3.3. “Procedimiento de cálculo de aceleradores”, que aporta información detallada sobre el procedimiento para dimensionar estos sistemas.

Ventilación transversal

Para dimensionar un Sistema de ventilación transversal en caso de incendio, se deben considerar dos aspectos:

• La tasa de extracción de humos 
• Los requisitos para el control de la corriente longitudinal del aire.

Las fórmulas básicas para la estimación de la presión total a lo largo del conducto y las estaciones de ventilación durante explotación normal se encuentran en la sección IV.3 "Ventilación semitransversal" del informe AIPCR 1996 05.02.B "Túneles de carretera: emisiones, medio ambiente, ventilación" (Inglés/Francés).    

El informe AIPCR 1999 05.05.B "Incendio y control de humo" (Inglés/Francés), propone, en una tabla (ver tabla 2.4.3), las relaciones principales entre las tasas de producción de calor y los caudales de humo. Además, en la sección V.8 Recomendaciones sobre la ventilación transversal y semitransversal, se aportan criterios para el dimensionamiento de sistemas de ventilación de este tipo, incluyendo la capacidad de extracción, las diferencias entre sistemas de extracción distribuidos o concentrados y la influencia del aire fresco de inyección en el comportamiento de los humos.

El informe AIPCR 2007 05.16.B "Sistemas y equipamiento para el control de los humos y el fuego" (Inglés/Francés) incluyó consideraciones para la elección del equipamiento de ventilación (ver sección 12.4 Exutorios).

5.Otros aspectos. Túneles urbanos y complejos subterráneos

Comparándolos con los túneles convencionales, tanto para los urbanos como para las redes complejas subterráneas deben establecerse criterios de diseño específicos que pueden tener un impacto significativo en su proyecto.

El diseño de éstos, depende fuertemente, entre otros, de los siguientes factores:

• Cambios en la sección transversal del túnel,
• Intercambiadores con otros túneles, incluyendo otros medios de transporte,
• Gálibo reducido,
• Carencia de espacio libre en la superficie en áreas urbanas,
• Impacto medioambiental,
• Altos niveles de tráfico.

Se puede encontrar más información sobre este aspecto en el capítulo 6 del informe 2016R19ES “Túneles de carretera: Redes complejas subterráneas de carretera” y en el informe 2008R15 "Túneles urbanos de carretera – recomendaciones a los gestores y agentes de explotación para el diseño, gestión, explotación y mantenimiento" (Inglés/Francés).

Control y monitorización

Un sistema de control de ventilación bien proyectado debe cubrir dos objetivos principales:

• En explotación normal, aportar air fresco en suficiente cantidad para cumplir tanto los criterios de confort de los usuarios como una explotación económica, es decir, aportar el caudal mínimo de ventilación necesario para conseguir un aceptable nivel de calidad del aire. 
• En situaciones excepcionales o en caso de emergencia (avería de equipos, accidentes o incendio en el túnel) el sistema de ventilación debe ser capaz de responde de forma fiable y rápida a las necesidades de ventilación concretas.

Por ello es importante tener en cuenta que los objetivos de los sistemas de ventilación y del sistema de control asociado varían dependiendo de la situación del túnel.

Explotación normal

Durante una situación normal de explotación los niveles de contaminantes en el túnel pueden aumentar (dependiendo de las condiciones de tráfico y de la ventilación natural del túnel) hasta que se hace necesario activar la ventilación mecánica, en cuyo caso, se puede hacer de forma automática o manual.

Para captar información de los niveles de contaminantes, se suelen instalar sensores de monóxido de carbono y de visibilidad en el túnel, aunque cada vez es más frecuente disponer otros tipos de sensores como los de óxidos de nitrógeno.

Originalmente, las medidas de contaminante en el túnel se empleaban para actuar sobre la ventilación de forma manual. En algunos túneles con bajo nivel de supervisión estas acciones se implementaban en los sistemas de control y monitorización del túnel, el cual realizaba las actuaciones de forma automática a través de una serie de algoritmos o secuencias predeterminadas.

Sin embargo, en la actualidad, la mayoría de los túneles disponen de sistemas de control de ventilación cuyo objetivo no es sólo garantizar los niveles de calidad del aire requeridos, sino también lograrlo de forma eficiente al minimizar el consumo energético y las necesidades de mantenimiento (ver sección 4.3 del informe AIPCR 2017R02 "Explotación de túneles de carretera: Primeros pasos hacia un enfoque sostenible"). 

En lo que se refiere a las actuaciones de ventilación, un caudal de ventilación óptimo es aquel que satisface dos requisitos contrapuestos: la tasa de ventilación debe ser suficiente para diluir los contaminantes generados por los vehículos, mientras que a su vez los caudales deben ser tan reducidos como sea posible para reducir el consumo de energía de los ventiladores y por tanto reducir los costes de explotación.

Una correcta optimización del control de ventilación con vistas a los criterios de calidad del aire es fundamental para reducir el consumo de energía, lo que es un aspecto crucial ya que este consumo representa una parte significativa de los costes de explotación de un túnel.

El ajuste continuo del caudal de aire para cubrir las necesidades de ventilación es un problema complejo, especialmente en el caso de túneles complejos y largos, donde puede ser complicado lograr el control de los caudales de ventilación.

El capítulo IV “control de ventilación” del informe AIPCR 2000 05.09.B del informe “Contaminación debida al dióxido de nitrógeno en túneles de carretera”  (Inglés/Francés) describe algunos de los criterios considerados y los más comunmente aplicados.

Ventilación de emergencia

Por otra parte, la ventilación de emergencia necesita intervenciones rápidas y muy bien dirigidas, tiempos de respuestas reducidos, y una secuencia de actuaciones bien definidas. Los objetivos de la ventilación en caso de incidentes son, por tanto, considerablemente distintos de los aplicables a la ventilación normal y los aspectos económicos no forman parte de las consideraciones principales.

En situación de incendio, las actuaciones sobre la ventilación vienen normalmente asociadas al sistema de detección automático o a la supervisión desde el centro de control, lo que permite la activación de las secuencias de actuación para la ventilación preestablecida. Así, los sistemas de control de ventilación son una herramienta más dentro de las disponibles para mitigar las consecuencias en una situación de incendio.

Por esta razón, el control de ventilación debe considerar un enfoque global que tenga en cuenta la fuerte relación entre los procedimientos de actuación de los servicios de emergencia, las actuaciones del operador del centro de control y las consecuencias en el túnel en forma de comportamiento de los humos. En la sección VIII.4.1 del informe AIPCR 05.05.B, Incendio y control de humos (Inglés/Francés) se incluyen reflexiones acerca de la importancia de tener en cuenta la ventilación en la definición de los planes de actuación en caso de incendio.

El diseño de adecuados escenarios de control de la ventilación para cada posible situación de incendio es una parte importante del proceso: ver informe AIPCR 2011R02: "Túneles de carretera: Estrategias de control de la ventilación en situación de emergencia". Estos escenarios pueden ser sencillos, especialmente cuando se aplica una estrategia de ventilación longitudinal o involucrar un gran número de medidas y dispositivos en túneles complejos, con ventilación transversal.

Existen muchas formas y estrategias de enfocar el diseño de un sistema de control de ventilación que depende de numerosos factores tales como el grado de supervisión, los medios de detección, las estrategias de ventilación y los tipos de sistemas.

En primer lugar, el diseño debe tener en cuenta la evolución esperada del incidente, las etapas distintas que pueden ocurrir a lo largo de la emergencia y la influencia de la ventilación en el comportamiento de los humos. Aunque en algunos casos las acciones sobre los equipos de ventilación son simples y no requieren sistemas de control complejos, en muchos casos es necesario tener en cuenta criterios sofisticados.

Hoy en día, el desarrollo e implementación de sistemas de control de ventilación en caso de incendio representa una parte importante del diseño de la ventilación, en la cual la definición de los algoritmos de control necesarios es especialmente importante y es crucial ser capaz de garantizar la fiabilidad y calidad de las medidas de campo (sensores de velocidad y de detección de humo).

La sección “Respuesta de los sistemas de control de la ventilación en caso de incendio” del informe AIPCR 2011R02: "Túneles de carretera: Estrategias de control de la ventilación en situación de emergencia" aporta información acerca de los desafíos y las necesidades de los sistemas de control para la gestión de la ventilación y experiencias actuales en este campo.

Aspectos económicos

Un túnel crea riqueza. A nivel nacional, la mayor parte de ésta se debe a la reducción del tiempo de viaje, especialmente para el transporte de mercancías. Cabe señalar que los beneficios económicos de la inversión en túneles de carretera son una cuestión muy compleja y, en su mayoría, se relacionan con la evaluación subjetiva de los responsables de la toma de decisiones. Sin embargo los argumentos económicos favorables a la decisión de construir un túnel tendrán en cuenta sobre todo los beneficios de hacerlo a pesar de los costes.

Los posibles beneficios derivados de la construcción de un túnel se pueden clasificar como sigue:

• Beneficios para el usuario de la carretera - debido a la reducción del tiempo de viaje y de los costes de funcionamiento del vehículo.
• Beneficios por la fiabilidad del tiempo de viaje – mejora de la fiabilidad del tiempo de viaje del itinerario.
• Beneficios por una economía en el sentido más amplio – relación entre el lugar de trabajo y la vivienda, permite la recuperación económica de la zona, permite una economía de concentración.

La evaluación para tomar decisiones sobre la construcción de un túnel, teniendo en cuenta los costes, deberá considerar tres elementos principales: inversión, explotación y costes de mantenimiento. Los costes de construcción y de mantenimiento deberán tener en cuenta los impactos en el tiempo de viaje del usuario de la carretera y los costes de funcionamiento del vehículo durante esas fases.

En la fase de construcción es necesario asegurar que se lleven a cabo todas las especificaciones técnicas planificadas y que se alcancen los objetivos deseados. Es importante prestar especial atención a los aspectos económicos con el fin de garantizar que el coste de las obras esté de acuerdo con el presupuesto previsto.

Aspectos medioambientales

El objetivo principal de la protección ambiental es reducir a un nivel aceptable a largo plazo el impacto en el aire, en el agua y en el suelo.

En el cálculo de los beneficios que supone la construcción de un túnel debe considerarse la disminución de gases en el efecto invernadero por la reducción del tiempo de viaje y los costes de funcionamiento del vehículo.

La preservación de las especies que habitan en el entorno del túnel puede requerir el establecimiento de medidas especiales, orientadas a la restauración de pasillos para algunas de ellas o a preservar áreas de reproducción. En algunos casos, puede dar lugar a la modificación de la ubicación de ciertas instalaciones (estaciones de ventilación, galerías de extracción, etc.).

Para evitar la presencia excepcional de estas especies en la carretera o en el túnel (que pueden  ocasionar riesgos importantes para los usuarios y para ellas mismas), pueden ser necesarias medidas específicas,  como por ejemplo cercados.

En la fase de proyecto debe examinarse cuidadosamente el uso de los recursos naturales,  siendo preferibles los materiales que tienen la huella de carbono más baja o reciclar los materiales utilizados en otros lugares. Además, para minimizar el uso de los recursos energéticos, el proyecto debe de tener en cuenta el consumo de energía durante la fase de construcción, adaptándolo a métodos de construcción que requieran menos energía y durante la fase de explotación.

En relación a los tres componentes del pilar ambiental (conservación de especies, recursos y energía), la fase de construcción tiene impactos considerables. Un túnel debe construirse de tal manera que el impacto sobre el medio ambiente sea el menor posible. Los contratistas adjudicatarios deben:

• aplicar un procedimiento sostenible en la obtención de los materiales de construcción y en los medios de transporte,
• reducir la distancia de transporte de los materiales hasta el lugar de empleo,
• utilizar equipos de mínimo consumo energético, etc.

Todas las acciones planificadas para la conservación de las especies animales presentes en el entorno de las obras o en las proximidades del túnel en servicio, deben realizarse con estricto cumplimiento de las especificaciones ambientales consideradas en la fase de proyecto.

Aspectos sociales

El impacto de un túnel puede ser positivo para los residentes de la zona en que se construye dado que se mejorarán sus condiciones en cuanto a que desaparecerán las molestias que sufrían en su vivienda y en cuanto a su salud. A veces puede ser negativo, si el túnel está mal proyectado, para las personas que vivan cerca de las bocas ya que estarán sometidas a mayores molestias acústicas o a niveles más altos de contaminación. Desde el punto de vista de la sostenibilidad, una medida adecuada podría ser la instalación de barreras acústicas.

Por otra parte debe examinarse la atracción e impacto que puede tener el túnel sobre las zonas que anteriormente tenían malas condiciones de accesibilidad.

También deben tenerse en cuenta, desde la perspectiva de beneficios o costes sociales, los temas mencionados en el apartado sobre evaluación y aspectos económicos. Por ejemplo, al mejorar las conexiones, el tiempo de viaje de una persona que vaya diariamente al trabajo podría mejorar enormemente y ello no solo le generaría beneficios económicos sino también sociales ya que podría disponer de mayor tiempo para estar con la familia o con los amigos.

Otro aspecto a considerar como opciones sostenibles cuando se construya el túnel es la posibilidad de habilitar en superficie sendas peatonales y vías para ciclistas.

Desde el punto de vista social, la fase de construcción puede tener efectos muy diferentes tanto positivos como negativos.

Está claro que las obras pueden suponer molestias (interrupciones del tráfico, ruido, polvo, etc.) para los habitantes que se encuentren cerca de ellas, por lo que  deberán tomarse las medidas adecuadas para reducirlas y así afectar a los residentes lo menos posible.

En el lado positivo, durante la fase de construcción es cuando es mayor el impacto sobre el empleo. La construcción de un túnel requiere mano de obra considerable y de larga duración, especialmente si su longitud es importante. Esta mano de obra no tiene por qué ser necesariamente local pero en la mayoría de los casos lo es ya que el personal se suele contratar cerca del lugar de trabajo y en caso contrario suele tener un impacto indirecto sobre la economía local (hoteles, restaurantes, etc.).

Consumo energético

Los principales equipamientos que consumen energía durante el funcionamiento normal del túnel son:

• Iluminación;
• Ventilación sanitaria,
• Equipamientos de seguridad: señalización, CCTV (circuito cerrado de televisión), etc;
• Instalaciones de bombeo (en túneles submarinos o cuando hay filtraciones de agua).

La contribución de cada uno de estos sistemas en el consumo energético varía mucho, dependiendo de las características específicas del túnel: longitud, pendiente, presencia de agua, etc. Por ejemplo en el caso de un túnel corto prácticamente no se utilizará la ventilación al no ser necesaria pero el refuerzo de la iluminación en las zonas de entrada cubre casi toda su longitud, por lo que su contribución al consumo de energía es importante. En contraste, para túneles muy largos, el consumo de energía de iluminación será bajo en comparación con el del sistema de ventilación.

En relación al coste de la energía, lo primero que debe de hacerse es consultar y comparar las ofertas de varios suministradores, resultando muchas veces mejor los que proporcionan energía renovable. Así la instalación estará optimizada en términos de potencia instalada y de tiempos de funcionamiento de los diversos equipos.

Por tanto el gasto energético está estrechamente relacionado con dos factores: la potencia instalada por grupo de equipamientos y el tiempo de funcionamiento de cada una de ellos.

La potencia instalada para cada grupo de equipamientos se evalúa durante la fase de proyecto y se fija en el momento de la instalación. Una vez que se está en la fase de explotación la potencia puede modificarse, principalmente durante la renovación, pudiendo disminuir si la reglamentación no ha cambiado y si el rendimiento energético de los equipos renovados ha mejorado, pudiendo también en contra aumentar si la reglamentación se ha vuelto más estricta (por ejemplo la exigencia de mayores capacidades de extracción de humo).

Básicamente, aparte de con las renovaciones, si un explotador desea reducir su gasto en electricidad solo puede hacerlo optimizando los tiempos de funcionamiento de los equipamientos instalados y controlando las horas punta.