Cada vez más los proyectistas de carreteras optan por los túneles como una buena solución ambiental, dada su capacidad para reducir ciertas afecciones, tales como la intrusión visual y la contaminación acústica. Sin embargo algunos impactos permanecen o incluso aumentan con esta elección. A pesar de las políticas encaminadas a controlar e incluso reducir la circulación por carretera, se prevé un aumento de la intensidad de tráfico en las próximas décadas, por lo que los problemas ambientales ligados al tráfico por carretera deben ser tenidos en cuenta.
El comité de túneles de la AIPCR ha profundizado más específicamente en el estudio de los fenómenos de polución del aire, considerando:
De hecho, cuando se considera la polución del aire, la elección del sistema de ventilación permite determinar la posición de los extractores de aire y de los caudales correspondientes. Una elección adecuada de los regimenes de funcionamiento y de los valores de ajuste para el control de la ventilación constituye a menudo un medio más eficaz para alcanzar los valores admisibles de concentración local de contaminantes que la elección de sistemas de ventilación más complejos.
El tráfico y, por lo tanto, las emisiones de los vehículos constituyen una seria preocupación, especialmente en espacios confinados como los túneles. Estas emisiones se caracterizan por la presencia de varios contaminantes, que con concentraciones elevadas, pueden tener efectos y consecuencias adversas. El comité de túneles de la AIPCR evalúa tradicionalmente las emisiones de los vehículos y la calidad del aire en los túneles. Con este objeto se revisan las teorías de modelización, se definen los estándares de calidad del aire y se caracterizan las condiciones existentes. Las concentraciones de contaminantes obtenidos por las medidas y por la simulación se comparan con las normativas de calidad del aire. Finalmente, se proponen medidas de mitigación para garantizar un control adecuado de la calidad del aire en el túnel. En el informe técnico de la AIPCR, 2019R02ES “Túneles de Carretera: Emisiones de los vehículos y Demanda de aire de Ventilación” se puede encontrar información adicional sobre estos aspectos.
La temperatura del aire en el túnel puede ser un aspecto ambiental significativo en túneles muy largos debido al calor que emana de los vehículos y en países tropicales con temperatura ya muy alta fuera del túnel. En tales casos, los usuarios de motocicletas y de vehículos que no dispongan de aire acondicionado pueden estar sometidos a temperaturas del aire inaceptables. Para evitar las altas temperaturas en túneles se han adoptado soluciones basadas en insuflar aire mediante ventilación mecánica e incluso pulverizando agua, por ejemplo utilizando el calor latente de evaporación para enfriar el aire del túnel.
Las emisiones de los túneles afectan la calidad del aire a una relativamente corta distancia de los puntos de dispersión de las emisiones, sin embargo la red de carreteras adyacente influye en el medioambiente en un área mayor. Por lo tanto las implicaciones de los túneles sobre la calidad del aire deben estudiarse en el contexto de una red de carreteras, de la que son una parte (ver la página Impacto en ambiente exterior).
Otros problemas ambientales importantes son el ruido y las vibraciones. La contaminación acústica puede aparecer durante la fase de construcción causando riesgos medioambientales, porque con frecuencia el nivel de ruido generado es alto. Además, una elevada intensidad de tráfico durante la explotación normal puede igualmente generar niveles de ruido altos, que pueden estar por encima de los permitidos. Cada vez más la contaminación acústica tiende a llegar a ser un problema importante en las carreteras de mucho tráfico.
Las estrategias para la reducción del ruido siguen procedimientos establecidos hace tiempo en los procesos de planeamiento y construcción. Se han dado grandes pasos para reducir el ruido en su origen, como la utilización de pavimentos especiales absorbentes y el aislamiento acústico y las barreras acústicas que cada vez son más eficientes. La utilización combinada de estas medidas y el empleo de mejor maquinaria de construcción pueden minimizar la generación de ruido y vibraciones (Ver la página Ruido y Vibraciones).
El impacto del agua es otro aspecto que debe ser analizado durante el ciclo de vida de una infraestructura como un túnel. Se deben realizar investigaciones detalladas de la hidrología superficial y subterránea antes y durante la construcción. Se debe escoger el trazado menos perjudicial y los elementos estructurales adecuados para conseguir la mínima interrupción y alteración del esquema y procesos hidrológicos. La desecación del terreno debida a los procedimientos de construcción de infraestructuras es una cuestión que deviene más y más importante. Pueden realizarse diferentes estudios para conocer los efectos de la infraestructura sobre la hidrología en el área del entorno y su posible mitigación. La contaminación del agua causada por la filtración de materiales de construcción durante las obras puede reducirse utilizando contenedores impermeables (ver la página Impacto en la calidad del agua).
El objetivo final de los proyectistas y gestores de túneles es conseguir una explotación sostenible desde el punto de vista funcional y medioambiental, para ofrecer un nivel razonable de seguridad y reducir tanto como sea posible los impactos negativos sobre el medioambiente. Se consideran y analizan diferentes elementos para mejorar la sostenibilidad de la explotación de un túnel en el informe técnico 2017R02ES "Explotación de túneles de carretera: Primeros pasos hacia un enfoque sostenible" (ver la página Explotación sostenible).
El consumo de energía es una preocupación frecuente para los titulares y explotadores de túneles y se debería de tener en cuenta en la fase de construcción adaptando el proyecto para utilizar procedimientos de construcción de menor consumo energético y en la fase de explotación en la que es esencial. Los sistemas de ventilación e iluminación pueden optimizarse notablemente obteniendo además beneficios medioambientales y a veces reducciones de costes nada despreciables (ver la página Consumo energético sostenible).
En el campo de los túneles de carretera, tradicionalmente la calidad del aire se considera en términos de concentración de emisiones de gases en el interior del túnel. Sin embargo, las concentraciones de contaminantes en el exterior pueden ser perjudiciales o molestas para los vecinos. Esas concentraciones se reducen rápidamente conforme nos alejamos de la boca del túnel o de los pozos de extracción, en función de mecanismos complejos que dependen de la velocidad y dirección del viento y de la topografía de la zona. Por ello, es sabido que la calidad del aire en las inmediaciones de las bocas del túnel o de otros puntos de emisión debe ser objeto de estudio cuando el tráfico es importante y cuando se trata de túneles urbanos.
En la superficie sobre la que discurre un túnel, la calidad del aire es generalmente mejor que si una carretera a cielo abierto se encontrase en ella. Sin embargo, en las bocas y pozos, se libera aire contaminado cuando un flujo longitudinal o transversal se genera por el efecto pistón del tráfico y/o por un sistema de ventilación.
Dependiendo de las concentraciones en el interior y de otras fuentes situadas en la proximidad de una boca del túnel o de un pozo, las concentraciones de contaminantes pueden ser superiores a los niveles máximos permitidos por las autoridades. En ese caso se deben tomar medidas para mejorar la calidad del aire en las proximidades. Dichas medidas pueden incluir trabajos de obra civil o de equipamiento, reglamentación del uso de los terrenos alrededor del túnel, etc. Lo más frecuente es que pueda reducirse la concentración de la polución con medidas de explotación, como el cambio del régimen de ventilación. La sección III “Medio ambiente” del informe AIPCR 1996 05.02B “Túneles de carretera: emisiones, medio ambiente, ventilación” (Inglés/Francés) aporta información de referencia en el comportamiento de un chorro de aire del túnel a través de las bocas.
La AIPCR ha publicado el Informe Técnico 2008 R04 “Túneles de carretera: guía para la optimización del impacto sobre la calidad del aire en su entorno” (Inglés/Francés), que aborda los aspectos de calidad del aire en el exterior como consecuencia de los túneles y es una guía para la mejora del entorno urbano a través de la redistribución de las emisiones de los vehículos en los aledaños del túnel. La guía considera un amplio abanico de posibilidades de proyecto o de explotación para mitigar el impacto de los túneles sobre el aire exterior, como la elección de un emplazamiento óptimo para el túnel, las pendientes, el tipo de ventilación, la gestión de los extractores de aire, la gestión del tráfico, el mantenimiento del túnel y finalmente, si resultase necesario, el uso de técnicas de eliminación de la contaminación (ver también la sección 4.4.5 del informe AIPCR 2017R02 "Explotación de túneles de carretera: primeros pasos hacia un enfoque sostenible".
Los aspectos medioambientales ligados a la ventilación, además del consumo de energía y la huella de carbono asociada, están relacionados con la descarga concentrada y localizada de aire contaminado desde las bocas y chimeneas. La reducción de su impacto en los alrededores del túnel forma parte de un buen diseño medioambiental: ver la sección 4.3 “Técnicas de dispersión del aire del túnel”, la sección 4.6 “Aspectos de explotación” y el apéndice D “Visión global de los modelos de dispersión en el proyecto de sistemas de ventilación” del informe R2008R04 (Inglés/Francés).
Se puede encontrar información específica para túneles complejos en la sección 8.1 Calidad del aire exterior del informe AIPCR 2016R19ES “Túneles de carretera: redes complejas subterráneas de carretera”
El ruido es considerado generalmente como una de las principales molestias percibidas por los seres humanos y puede afectar significativamente en las zonas urbanas. Por tanto, debe tenerse en cuenta en el proyecto de túneles, especialmente en los urbanos que tienen una alta concentración de receptores acústicos en la proximidad inmediata de las bocas y de las chimeneas de ventilación.
El ruido generado por el tráfico no es específico de los túneles. Las infraestructuras subterráneas se consideran generalmente soluciones positivas en relación con el medio ambiente acústico, no obstante puede haber problemas específicos cerca de las bocas para ciertas configuraciones. En la mayor parte de los países desarrollados, cada vez que se proyecta una nueva infraestructura (o una modificación significativa de una existente), se realiza un estudio de impacto acústico, y por supuesto, hay que tener en cuenta la existencia de un túnel en esta fase.
Figura 1: Ejemplo de una barrera de protección al ruido sobre la boca de un túnel en una zona urbana
Existen también fuentes de ruido asociadas a la propia infraestructura del túnel. La principal es el sistema de ventilación. En el caso de ventilación transversal o de ventilación longitudinal con pozos de extracción, los ventiladores o el flujo de aire a través de las boquillas de entrada y salida pueden generar un ruido significativo; en ciertas ocasiones también tienen que funcionar de noche, cuando las restricciones en cuanto a ruido son mucho más severas. Una solución puede ser la reducción de la utilización del sistema de ventilación mediante la optimización de su control, pero esto sólo puede lograrse en una medida limitada.
La solución más eficaz consiste en tener en cuenta estos problemas en la fase de proyecto. Dado que los efectos más importantes del ruido están geográficamente limitados, las entradas y salidas de aire pueden situarse lo más lejos posible de las edificaciones vecinas, aunque esto puede suponer un sobrecoste significativo. La velocidad del aire debe mantenerse en valores relativamente bajos en sus entradas y/o salidas para reducir la generación de ruido por lo que el tamaño de estas aberturas debe ser suficientemente grande. Adicionalmente, los silenciadores son a menudo necesarios para evitar la “fuga” del ruido generado por los ventiladores.
En el caso de ventilación longitudinal, el impacto sonoro de los ventiladores es en general moderado, ya que, por un lado, los turboventiladores no deben colocarse demasiado cerca de las bocas para obtener la máxima eficacia (por lo tanto el ruido de los ventiladores se "diluye" en el ruido del tráfico), y por otro lado, los ventiladores están generalmente equipados con silenciadores para mantener un nivel aceptable de ruido en el interior del túnel. Sin embargo, para configuraciones especialmente sensibles, puede que sea necesario optar por conceptos o medidas de explotación específicas.
Las vibraciones generadas por el tráfico rara vez representan un problema importante en la fase de explotación de un túnel de carretera (a diferencia de los túneles ferroviarios, ya que los trenes producen mucha mayor vibración que los vehículos de carretera). En caso de que tal problema se produzca, en general hay poco que se pueda hacer aparte de prohibir el acceso a los vehículos más pesados. Otra posible fuente de vibración son los turboventiladores. Éstos deben estar cuidadosamente equilibrados para evitar vibraciones excesivas. Sin embargo, la vibración del ventilador generalmente no es perceptible en el medio ambiente, sino que afecta principalmente a la propia máquina, y puede poner en peligro su longevidad. También puede convertirse en un problema de seguridad porque podrían perder alguna pieza o incluso desprenderse del techo del túnel debido a una vibración excesiva. El control de la vibración es crucial para la fiabilidad y la seguridad de los turboventiladores.
La vibración es mucho más problemática durante la fase de construcción, sobre todo cuando se utilizan explosivos. La construcción de túneles, y las medidas ambientales relacionadas, está fuera del alcance del Comité de Explotación de Túneles de Carretera de la AIPCR, existiendo recomendaciones específicas publicadas por la Asociación Internacional de Túneles y Obras Subterráneas (ITA-AITES).
El impacto de las carreteras sobre la calidad del agua puede ser muy importante, tanto durante el funcionamiento normal (filtración de productos de hidrocarburos, desgaste de los neumáticos, etc) como en situaciones accidentales (derramamiento de grandes cantidades de contaminantes).
La existencia de un túnel no cambia en gran medida el problema. Como en cualquier carretera, es necesario el tratamiento del agua (decantación, eliminación de los contaminantes) antes de su vertido. Sin embargo deben tenerse en cuenta algunos elementos específicos de los túneles cuando se proyectan sistemas de tratamiento de aguas. En primer lugar, los túneles se deben limpiar regularmente, llegando hasta una vez al mes en los túneles urbanos de mayor tráfico. Esto genera grandes cantidades de aguas residuales que contienen productos de limpieza. En segundo lugar, los túneles en los que se permite el transporte de mercancías peligrosas están generalmente equipados con sistemas de drenaje específicos con el fin de limitar el esparcimiento de líquidos inflamables por la calzada. Si se produce un derrame accidental, el caudal de líquido contaminante en estos canales puede ser mayor que el que se encuentra en una superficie de carretera regular, por lo que el sistema de tratamiento de aguas debe ser capaz de hacerle frente.
Cuando se pueden presentar problemas complejos relacionados con el agua es durante la fase de construcción, por ejemplo, con respecto a la turbidez del efluente de las obras. Se deberán tomar entonces las medidas adecuadas que, en algunos casos, representan importantes limitaciones para las obras o incremento de costes. La construcción de túneles y las medidas ambientales relacionadas están fuera del alcance del Comité de Explotación de Túneles de Carretera de la AIPCR. Para más información se anima al lector a que consulte las recomendaciones específicas publicadas por la Asociación Internacional de Túneles y Obras Subterráneas (ITA-AITES).
Fig. 1 : Filtraciones de agua en un túnel construido con dovelas
El impacto del agua es otro aspecto que debe ser analizado durante el ciclo de vida de una infraestructura como los túneles.
La mayoría de los impactos de los túneles sobre el agua (y del agua sobre los túneles) se produce durante su construcción, pero algunos de éstos permanecen durante mucho tiempo y pueden convertirse en un obstáculo para la explotación y el mantenimiento. Debe prestarse la debida atención a estos temas durante la planificación y las diferentes etapas del proyecto del tunel, con el fin de evitar nefastas y costosas consecuencias. La investigación detallada tanto de la hidrología superficial como de la subterránea debe llevarse a cabo antes y durante la construcción. Deben ser elegidas la traza y la estructura menos perjudiciales con el fin de obtener la mínima interrupción y alteración de los esquemas y procesos hidrológicos.
Teóricamente los túneles pueden ser impermeables (no hay filtraciones de agua y toda la presión recae sobre el revestimiento) o (semi)-permeables (permiten un cierto volumen de filtración evitando fuertes presiones sobre el revestimiento). En la práctica, la mayoría de los túneles son permeables durante su construcción e impermeables y semi-permeables durante la explotación. La figura 1 muestra las filtraciones de agua en un túnel construido con dovelas y diseñado para ser impermeable. Por norma general, las filtraciones de agua en los túneles de carretera no se aceptan ya que pueden tener un efecto grave en la estructura del túnel y, en algunos casos pueden provocar deformaciones, desplazamientos, asentamientos y tensiones no deseadas que lleven al deterioro y, en el peor de los casos, al derrumbe de los hastiales y de la clave del túnel y a la rotura y decompresión de la roca. En el caso de las instalaciones mecánicas y eléctricas, pueden afectar a su funcionalidad y a su expectativa de vida útil.
Fig. 2: Flujo de agua a través de un estrato de basalto permeable
En túneles sin revestimiento (o dotados de un revestimiento permeable) la entrada de agua puede ser importante. La figura 2 muestra una corriente de agua fluyendo a través de un estrato de basalto permeable en Canadá.
El agotamiento de acuíferos causado por la construcción de infraestructuras es un tema que está adquiriendo cada vez más importancia. Este efecto no suele terminar con la puesta en servicio del túnel, y los niveles freáticos originales casi siempre bajan, con un impacto irreversible sobre los pozos de captación.
El agua que entra en un túnel puede disolver el hidróxido de calcio del revestimiento de hormigón, volviéndose más alcalina y liberando depósitos sólidos en los sistemas de drenaje. Este efecto es más frecuente en viejos túneles con sistemas de drenaje obsoletos. La figura 3 muestra un chorro de agua que fluye y depósitos de cal en un túnel con revestimiento de hormigón. La figura 4 muestra un efecto similar en una junta de construcción.
Fig. 3: Chorro de agua que fluye y depósitos de cal en un túnel con revestimiento de hormigón (izquierda). Fig. 4: Efecto similar en una junta de construcción (derecha)
Figura 1: Túnel Croix-Rousse (Lyon, Francia), que tiene un tubo destinado a autobuses y medios de transporte respetuosos con el medio ambiente
A lo largo de su historia, la Asociación Mundial de la Carretera (AIPCR) ha publicado varios informes con el objetivo de mejorar la eficiencia de la explotación de los túneles, reducir los costes y mitigar los impactos ambientales.
Con una población mundial en aumento y una escasez de recursos naturales cada vez mayor, el desarrollo sostenible se ha convertido justificadamente en un tema de interés en distintos ámbitos de la sociedad en las últimas décadas. El sector de las infraestructuras no es una excepción.
Sin embargo, en este sector existen pocas directrices y prácticas recomendadas que aborden específicamente la sostenibilidad de los túneles de carreteras.
Además, hasta la fecha la AIPCR no ha hecho ninguna recomendación para túneles de carreteras que refleje el “estado del arte” actual de varios países. Esto es comprensible, ya que los túneles de carreteras son solo una pequeña parte de la red viaria global. Por otro lado, dado que los túneles de carreteras son estructuras caras y complejas, con un ciclo de vida que normalmente alcanza más de 100 años, está claro que el concepto de explotación de túneles de carreteras sostenibles tiene una gran relevancia.
El Informe técnico 2017R02ES, "Explotación de túneles de carreteras: primeros pasos hacia un enfoque sostenible", fue elaborado como herramienta inicial para solventar esta carencia.
La optimización de los costes de explotación de un túnel y en particular los relativos al consumo de energía es un tema que debe de abordarse desde la fase de proyecto. La AIPCR señala que una parte importante de los costes de explotación queda determinada por las decisiones adoptadas en las fases de proyecto y de construcción (Informe 05.13.B: Buenas prácticas para la explotación y el mantenimiento de los túneles de carretera inglés/francés).
Es necesario adoptar un enfoque global que tenga en cuenta los tres pilares del desarrollo sostenible: social, ambiental y económico (Informe 2017R02ES.Explotación de túneles de carretera: Primeros pasos hacia un enfoque sostenible). Más específicamente, es importante evitar adoptar una solución que resulte más económica en el momento de la inversión inicial pero que conlleve un consumo anual en energía excesivo.
Esto conduce naturalmente a adoptar un enfoque basado en el coste del túnel en su conjunto teniendo en cuenta no solo los costes iniciales del equipamiento sino también los de explotación a lo largo de la vida útil esperada (Informe 2016R01ES Buenas prácticas para el análisis del ciclo de vida de los equipamientos instalados en los túneles).
Como el número de equipos existentes en los túneles es elevado, diverso y con durabilidad muy variable de unos a otros, frecuentemente es más eficiente ir a una optimización específica para cada familia de equipamiento.
Finalmente, como ya se ha dicho, el trabajo de optimización debe de comenzar durante las fases iniciales del proyecto, pero las soluciones técnicas elegidas y el equipamiento instalado requieren una supervisión constante si se quieren mantener sus prestaciones a lo largo del tiempo. Por ello es necesario llevar a cabo un mantenimiento regular y completo de modo que se pueda alcanzar un consumo de energía óptimo y que el túnel siempre sea eficiente (Informe 05.13.B Buenas prácticas para la explotación y el mantenimiento de los túneles de carretera inglés/francés).