ventilación longitudinal del fuego tipo

TESIS DE MSTER

VENTILACIN LONGITUDINAL DEL

FUEGO TIPO EN TNEL

CARRETERO

AUTOR: Eva Romeo Lacoma / Telfono: 686 561 468/ [email protected]

Madrid, SEPTIEMBRE 2012

VB Director proyecto:

Autorizada la entrega de la tesis de mster del alumno/a:

Eva Romeo Lacoma

EL COORDINADOR DEL MIPCI

Gabriel Santos

Fdo.: Fecha: / /

V B del Director de proyecto

Ignacio del Rey

Fdo.: Fecha: / /

Proyecto Fin de

Mster

Mster en Ingeniera de Proteccin contra Incendios MIPCI

Ventilacin Longitudinal del fuego tipo en Tnel Carretero Eva Romeo Lacoma

3 de 100

MIPCI

2011-2012

VENTILACIN LONGITUDINAL DEL

FUEGO TIPO EN TNEL

CARRETERO

Eva Romeo Lacoma

Curso acadmico 2011-2012

Director de proyecto: Ignacio del Rey


Ventilacin Longitudinal del fuego Tipo en Tnel Carretero Eva Romeo Lacoma

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2011-2012

Agradecimientos:

Mis mayores agradecimientos a Ignacio, por marcar el camino que he seguido en estos meses, por las ideas tan claras que me ha proporcionado y por su ayuda y dedicacin en todo momento. A mis compaeros del Master por un ao inolvidable, a los profesores por su sabidura y por supuesto a mi familia y en especial a Tatiana por su paciencia.



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2011-2012

TTULO VENTILACIN LONGITUDINAL DEL FUEGO TIPO EN TNEL CARRETERO.

ALUMNO 1 Eva Romeo Lacoma

ALUMNO 2

DIRECTOR Ignacio del Rey



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2011-2012

JUSTIFICACIN

En los ltimos aos se han originado importantes incendios en tneles, ponindose de manifiesto

la existencia de un problema potencial en las infraestructuras del transporte.

El comportamiento de un incendio en el interior de un tnel es un accidente de evolucin rpida y

de graves consecuencias, por las altas temperaturas, la gran cantidad de humos calientes y

gases que se producen, constituyendo el control de estos humos uno de los elementos decisivos

para la evacuacin de los usuarios.

Uno de los principales factores en el estudio del comportamiento de los humos en caso de

incendio es su magnitud, en cuanto a que se debe adoptar para el clculo de la ventilacin.

En la actualidad existen importantes lagunas en la normativa Espaola en relacin a la magnitud

del fuego a determinar.

A la hora de establecer los criterios de diseo de la potencia calorfica emitida por el foco de un

incendio hay que tener en cuenta las caractersticas particulares de cada uno de los tneles,

puesto que no se pueden extrapolar.

En atencin a lo expuesto el objeto del presente proyecto fin de Master es determinar el fuego

tipo al que puede hacer frente un tnel con determinadas instalaciones y estrategias de

ventilacin.



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2011-2012

NDICE

JUSTIFICACIN........................................................................................................... 6

NDICE.......................................................................................................................... 7

1 INTRODUCCIN....................................................................................................... 8

1.1 ANTECEDENTES............................................................................................................... 8

1.2 OBJETIVOS........................................................................................................................ 16

1.3 METODOLOGA................................................................................................................. 17

2 GENERALIDADES DE LOS TNELES.................................................................... 18

2.1 QUE ES UN TNEL............................................................................................................ 18

2.2 TIPO DE TNELES............................................................................................................ 18

2.3 INSTALACIONES EN TNELES........................................................................................ 19

2.4 SEGURIDAD ANTE INCENDIO EN TNELES.................................................................. 21

3 VENTILACIN........................................................................................................... 22

3.1 SISTEMAS DE VENTILACIN........................................................................................... 22

3.2 VENTILACIN EN CASO DE INCENDIO.......................................................................... 25

3.2.1 COMPORTAMIENTO DEL HUMO EN EL INTERIOR DEL TNEL.......................... 25

3.2.2 MBITO NORMATIVO............................................................................................... 28

3.2.3 ESTRATEGIAS DE VENTILACIN........................................................................... 29

4 MEMORIA.................................................................................................................. 33

4.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA................................................................................. 33

4.2 GENERALIDADES DEL FUEGO EN RECINTOS CERRADOS......................................... 33

4.3 CONSIDERACIONES......................................................................................................... 34

4.4 ENFOQUE PRESCRIPTIVO DE UN INCENDIO DE PROYECTO..................................... 36

4.5 CRITERIO PRESTACIONAL DE UN INCENDIO DE PROYECTO.................................... 39

5 CLCULOS............................................................................................................... 42

5.1 PARAMETROS DE ENTRADA........................................................................................... 42

5.2 DATOS DE ENTRADA........................................................................................................ 42

5.3 METODOLOGA DE CLCULO......................................................................................... 45

5.4 ECUACIONES DE CLCULO............................................................................................ 45

6 ESTUDIO PARAMETRICO Y ANLISIS DE LOS RESULTADOS.......................... 57

6.1 ESTUDIO PARAMTRICO.................. 57

6.2 ANLISIS DE LOS RESULTADOS.. 88

7. CONCLUSIN.. 93

7.1 CONCLUSIONES.................. 93

7.2 LINEAS FUTURAS.............................. 94

8. BIBLIOGRAFA 95

ANEXO I ...................................................................................................................... 97



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CAPTULO I

INTRODUCCIN

1.1 ANTECEDENTES

Cada vez ms, se utilizan tneles de carretera y de ferrocarril para cruzar barreras naturales,

como montaas, ros o incluso estrechos. Las limitaciones ambientales y de espacio en las

zonas urbanas tambin fomentan el uso de instalaciones subterrneas, como los tneles para

sistemas de transporte colectivo, ferrocarril y carretera.

En general, los tneles se han convertido en una parte vital de las redes de transporte terrestre y

muchos de ellos constituyen un vnculo econmico, as como un medio polticamente muy

valorado para mejorar la movilidad de personas y mercancas.

Construir un tnel suele considerarse un reto, no slo por parte de los ingenieros, sino tambin

por el pblico en general. Pero si la obra civil y las instalaciones de dicho tnel no han sido

concebidas conjuntamente, el trabajo de la explotacin y el mantenimiento futuro de dicho tnel

ser ms arduo y complejo de lo que sera necesario.

Despus de varios accidentes lamentables en tneles de carretera, la seguridad en este tipo de

instalaciones se convirti en una gran preocupacin que provoc una fuerte demanda de

mejoras por parte de usuarios y polticos.

Los datos relativos a la accidentalidad muestran que la circulacin por los tneles es ms segura

que el transito por infraestructuras a cielo abierto. Sin embargo su vulnerabilidad es mucho

mayor y las consecuencias de un accidente en un espacio confinado son mucho mas graves que

si se produjesen al aire libre. Por ello el incidente ms peligroso que puede ocurrir en un tnel es

la aparicin de un fuego.

La experiencia indica que los incendios en tneles son accidentes de evolucin rpida y de

graves consecuencias, por las altas temperaturas, la gran cantidad de humos calientes y gases

que se producen, siendo por tanto crucial una respuesta rpida por parte de los agentes

implicados. Por tanto, se hace imprescindible que existan medidas de seguridad adecuadas para

evitarlo o en su defecto combatirlo.

En la siguiente tabla se indica un resumen de los incendios ocurridos desde el ao 1949 en

tneles carreteros.



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Figura 1.1: Incendios en tneles de carretera 1949-2001. [MIGO0]

Figura 1.2: Accidentes importantes en los ltimos 25 aos. [HORN06]



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En Europa el 85% del transporte de mercancas y el 93% del transporte de personas se mueven

por carretera, el resto lo hace por ferrocarril. [ABELLA12]

Los incendios en tneles pueden considerarse que son sucesos poco frecuentes. En los datos

estadsticos no se supera la media de 25 incendios por cada 108 veh.km. Sin embargo en

tneles urbanos los incendios son ms numerosos que en otros tneles. Las estadsticas

muestran que los incendios en tneles son de muy baja frecuencia y la causa ms frecuente de

los incendios de los vehculos en un tnel son los defectos elctricos (fundamentalmente en los

vehculos ligeros), calentamiento de los frenos (en los vehculos pesados) y otros defectos que

provocan la auto-ignicin del vehculo.

A continuacin se muestran serios accidentes en tneles desde 1970 de los cuales no todos han

originado un incendio:

-.18 de enero de 2008 en Austria: En una colisin mltiple en el tnel de Ofenauer en la autopista

A 10 de Tauern, tres personas resultan gravemente heridas y 14 sufren lesiones leves. Se vieron

involucrados tres camiones y 15 coches, incluyendo un coche de polica. Segn la primera

informacin, el accidente fue causado por una helada extrema de la calzada cerca de la salida

del tnel.

-.19 de enero de 2007 en Austria: Colisin mltiple en el tnel de Ehrentalerberg en la A 2 cerca

de Klagenfurt: 29 turismos, nueve camiones y un autobs colisionan. Doce personas resultan

heridas, ninguna de ellas de gravedad. Casi 150 personas pudieron abandonar el tnel ilesas. Se

necesitaron doce horas para extraer los vehculos. La causa del accidente fueron manchas de

laca de madera o laca transparente que fue distribuida en la calzada por los vehculos que

circulaban, convirtiendo la calzada en una superficie lisa como un espejo.

-.23 de marzo de 2007 en Australia: Colisin por alcance en el tnel de Burnley de 3, 5

kilmetros en Melbourne que ocasiona una colisin mltiple en la que se ven involucrados tres

camiones y cuatro coches y una explosin. Por lo menos tres personas perdieron la vida en la

bola de fuego, cientos de conductores fueron capaces de escapar caminando.

-.10 de mayo de 2007 en Austria: En el tnel de Pfnder en la A 14 cerca de Bregenz, un camin

alemn invade el carril contrario y colisiona frontalmente con un camin articulado de la

Repblica Checa, que a continuacin bloquea el carril de trfico. Una moto y otro coche

colisionan contra el camin. El motociclista y su pasajero resultaron gravemente heridos, los dos

conductores sufrieron heridas leves.

-.27 de agosto de 2007 en Italia: En el tnel de Tarviser, a poca distancia de la frontera entre

Austria e Italia, en la autopista de Kanaltal, un coche patina y choca contra la pared del tnel. Un

coche que llega por detrs colisiona contra el primer vehculo. La conductora del primer coche

fallece, su pasajero resulta gravemente herido. Ambos pasajeros del otro coche, una madre y su

joven hija, sufrieron heridas leves.



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-.10 de septiembre de 2007 en Italia: En el tnel de San Marino en la SS 36 cerca de Lecco, un

camin colisiona contra la pared del tnel y se incendia. Esto genera una colisin mltiple. Los

servicios de rescate tardaron 45 minutos en llegar al escenario del accidente. Fue demasiado

tiempo. Dos personas perdieron la vida, diez fueron llevadas al hospital por intoxicacin por

humos.

-.18 de septiembre de 2007 en Austria: Los conductores lograron salvarse milagrosamente tras

una colisin mltiple en el tnel de Ehrentalerberg en la A 2 (direccin sur) cerca de Klagenfurt

en la que se vieron involucrados 14 coches y camiones. El accidente probablemente fue causado

por el choque de dos camiones que se desplazaban en paralelo y entraron en contacto. A pesar

del gran amasijo de metal, segn declaraciones de un testigo, nadie result herido.

-.12 de octubre de 2007 en los EE.UU.: En el tnel de la autopista Interestatal 5, enlace principal

entre Los ngeles y San Francisco, bajo condiciones de lluvia, dos camiones colisionan sobre la

superficie mojada y generan una reaccin en cadena. Otros 13 camiones colisionan en el lugar

del accidente y se incendian. Las llamas alcanzaron los 20 metros fuera del portal y se oyeron

explosiones horas despus del accidentes. El tremendo calor hizo que se derritiera el concreto

que cay sobre la carretera; los bomberos temieron que partes del tnel colapsaran. 20 personas

fueron capaces de escapar del infierno de llamas caminando, diez de ellas resultaron heridas,

aunque levemente.

-.3 de noviembre de 2007 en Blgica: En el tnel de Waasland en Amberes, dos coches

colisionan frontalmente. Otros dos coches colisionan en el lugar del accidente. Dos personas

resultan heridas gravemente y una persona sufre heridas leves.

-.29 de noviembre de 2007 en Austria: En el tnel de Groliedl en direccin sur cerca de Bad St.

Leonhard, un camin colisiona con un coche por alcance, y lo catapulta contra la pared del tnel.

La conductora de 35 aos de edad del coche totalmente destruido result herida.

-.25 de julio de 2006 en Austria: Un conductor de camin de la ciudad de Kassel invade al carril

contrario al cruzar el tnel de Spering en la autopista de Pyhrn en Austria y choca frontalmente

contra un camin. El causante del accidente fallece.

-.16 de septiembre de 2006 en Suiza: En el tnel Viamala en la A 13 al sur de Chur un turismo

derrapa y roza contra el autobs de un equipo de hockey del Tessin que viaja en sentido

contrario. El autobs derrapa y roza contra la pared del tnel creando fuego. Un segundo coche

colisiona con el autobs. Los dos turismos tambin se incendian. El horrible balance: nueve

muertos y cinco heridos.

-.26 de octubre de 2006 en Noruega: En el tnel de Eidvoll cerca de Oslo un turismo colisiona

frontalmente con un camin cisterna. El camin se incendia inmediatamente. El conductor del

turismo fallece, el conductor del camin logra salvarse aunque resulta herido.



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-.2 de noviembre de 2006 en Suiza: En el tnel de Gotthard en la A 2 Luzern Chiasso un

turismo invade la calzada contraria y colisiona frontalmente con un camin. Otros dos camiones

colisionan con los vehculos accidentados. El conductor del turismo fallece, dos conductores de

camin resultan heridos.

-.9 de noviembre de 2006 en Alemania: En el tubo oriental del tnel del Elba en Hamburgo un

autobs de lnea colisiona con un camin, otro camin colisiona con los vehculos accidentados.

Ocho personas resultan heridas.

-.21 de noviembre de 2006 en Suiza: En el tnel de Crapteig cerca de Thusis en el cantn suizo

de Graubnden un remolque alemn cargado con placas de madera se incendia. El tnel es

cerrado inmediatamente, nadie resulta herido. Segn las primeras pesquisas, la causa del

accidente fueron problemas tcnicos.

-.17 de diciembre de 2006 en Austria: En la entrada al tnel de Tauern en la A 10 Villach -

Salzburg, un autobs de viajeros colisiona con un camin. El autobs con unos 50 pasajeros

vuelca. 30 personas resultan heridas.

-.24 de diciembre de 2006 en Alemania: En el tnel Farchanter en la B 2 cerca de Garmisch-

Patenkirchen una conductora pierde el control sobre su furgoneta convertida en autocaravana,

patina y da un trompo. Ella fallece en el accidente. Todos los usuarios del tnel son requeridos a

salir del tnel ya que los servicios de intervencin temen la explosin de las botellas de gas de la

autocaravana.

-.6 de junio de 2005 en Alemania: En el tnel del Elba en Hamburgo, un autobs con 40 nios

colisiona con un camin que se ha detenido a causa de un atasco. Un autobs de dos plantas

que viaja detrs de ellos, sin pasajeros, logra frenar a tiempo, pero otro camin golpea contra l

y hace que ste a su vez golpee contra el autobs. En total resultan heridas 24 personas, entre

ellas 20 nios.

-.17 de agosto 2005 en Austria: En el tnel de Roppen, en la autova del valle del Inn (A 12), en

la zona del Alto Tirol, un minibs choca frontalmente con un turismo que circulaba por la calzada

contraria. El conductor muere.

-.20 de agosto de 2005 en Suiza: En el tnel de Isla Bella, en la A 13 entre Chur y el paso

fronterizo de Bellinzona, se rozan dos turismos. Uno de ellos va a parar a la calzada contraria e

impacta contra un autobs. Fallece una mujer y otras dos personas resultan heridas.

-.25 de diciembre de 2005 en Alemania: Al entrar en el tnel de la B 31, cerca de Eriskirch, en el

municipio de Bodensee, un coche derrapa y choca contra otro turismo que vena en direccin

contraria, as como contra la pared del tnel. El vehculo se incendia. Fallecen calcinadas cuatro

personas de edades comprendidas entre los 18 y los 23 aos. Una quinta vctima sale despedida

del coche y muere tambin.



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-.14 de abril 2004 en Suiza: En el tnel de Baregg, en la A 1 Zrich Basilea, 300 metros antes

de la salida, un camin impacta de lleno contra un turismo y otros dos camiones, que se haban

detenido despus de un accidente. El turismo queda totalmente aplastado y se incendia. Las

llamas alcanzan a uno de los camiones. El conductor del turismo fallece y otras cinco personas

resultan heridas. Precisamente el lunes de Pascua ya haba ocurrido un accidente mortal en este

tnel: un motorista haba sido alcanzado y atropellado por un coche. Por ltimo, el 16 de abril

colisionaron seis vehculos. Por suerte, no hubo que lamentar vctimas.

-.7 de junio de 2003 en Turqua: Cerca de Erzincan, un bus turco choca contra un portal del

tnel. No hay marcas de frenada en la calzada. Mueren 27 personas, incluyendo al conductor.

-.7 de junio de 2003 en Italia: Cerca de Vicenza un autobs alemn choca contra el guardarales

del tnel. Seis personas, entre ellas un nio, mueren, 38 resultan en parte gravemente heridas.

-.16 de agosto de 2003 en Suiza: En un choque frontal entre un camin italiano y un turismo

alemn en el tnel del Gottardo, fallece el conductor y resultan heridos gravemente cuatro de los

pasajeros del coche, as como el conductor del camin. El camin haba invadido la calzada del

sentido contrario.

-.12 de abril de 2001 en Austria: En el tnel de Helbersberg, en la carretera de Tauern, una

colisin por alcance ocasiona un accidente mltiple. No se genera un incendio. Mueren dos

personas, diez resultan heridas.

-.6 de agosto de 2001 en Austria: En el tnel de Gleinalm en la autopista de Phyrn (A 9) al norte

de Graz colisionan dos coches frontalmente. Se incendian inmediatamente. Cinco personas,

entre ellas un nio, mueren en el accidente. Entre los cuatro heridos que son rescatados, se

encuentra un nio con quemaduras en el 70 por ciento de su cuerpo y dos nios de tres y cinco

aos de edad con heridas en la cabeza e intoxicacin por inhalacin de humos.

-.8 de agosto de 2001 en Austria: En el tnel de Amberg, en la autopista del valle del Rin (A 14)

entre Frastanz y Feldkirch, colisiona un autobs de turistas de Austria y un pequeo camin,

tambin austriaco. A raz del accidente colisionaron varios vehculos ms. Tres personas

mueren.

-.13 de agosto de 2001 en Austria: Cerca de Klagenfurt en Krnten un autobs italiano con 30

peregrinos polacos colisiona contra el portal del tnel de Reigersdorf. 24 personas resultan

heridas, algunas de gravedad.

-.26 de agosto de 2001 en Suiza: Una colisin frontal en el tnel de Gotthard en la A2 entre

Gschenen y Airolo. Seis personas resultan heridas, algunas de ellas de gravedad.

-.31 de agosto de 2001 en Austria: Dos muertos y nueve heridos es el triste balance de tres

accidentes de trfico en tneles en un slo da: Una mujer resulta gravemente herida al chocar

su vehculo contra el portal del tnel de Sonnenstein. En el tnel de Lainberg en la A 9 cerca de



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Windischgarsten , dos austriacos fallecen en un choque frontal y dos alemanes resultan heridos.

En el tnel de Katschberg, en la A 10 cerca de St. Michael en Lungau resultan heridas seis

personas en una colisin.

-.17 de octubre de 2001 en Dinamarca: En el tnel dans de Guldborgsund entre Copenhague y

el puerto de Rdby, un camin colisiona con un turismo debido a la densa niebla causando un

accidente mltiple. Cinco personas mueren, nueve resultan heridas, algunas de ellas de

gravedad.

-.24 de octubre de 2001 en Suiza: Tras una colisin frontal de dos camiones se desencadena un

incendio en el tnel de Gotthard en la A2 entre Gschenen y Airolo. Once personas pierden la

vida en esta catstrofe.

-.11 de noviembre de 2000 en Austria: En Kitzsteinhorn cerca de Kaprun se produce un incendio

en el vagn del telefrico que lleva a la zona de esqu pasando por un tnel. La causa es un

incendio en el sistema de calefaccin. Se pierden 155 vidas, entre ellos muchos nios y jvenes.

-.2 de marzo de 1999 en Alemania: En el tnel cerca de Gttingen en la ruta ICE Hanover

Wrzburg un vagn de ferrocarril se incendia. Se tardaron ms de doce horas en extinguir el

fuego, el cual se aliment de la pasta de papel que llevaba el vagn.

-.24 de marzo de 1999 en Francia/Italia: Un camin belga que transportaba harina y margarina,

se incendia en el tnel de Montblanc. La causa del incendio es un cigarrillo mal apagado. El

fuego se extiende rpidamente y no se puede apagar totalmente hasta 24 horas despus. En el

incendio mueren 39 personas.

-.29 de mayo de 1999 en Austria: Despus de una colisin por alcance en el tnel de Tauern se

produce un incendio. Un camin cargado de pintura explota. El fuego alcanza a 24 vehculos. El

tubo se convierte en un horno en el que fallecen doce personas. Se tardaron 16 horas en apagar

el incendio.

-.10 de febrero de 1996 en Japn: En la isla de Hokkaido un enorme pedrusco de 50.000

toneladas cae sobre uno de los tubos del tnel. Los equipos de rescate tardaron varios en

acceder a la zona del accidente. Murieron 20 personas.

-.18 de marzo de 1996 en Italia: Tras una colisin por alcance, un camin cisterna explota en un

tnel cerca de Palermo. El fuego alcanza a 19 vehculos. Mueren cinco personas, 26 resultan

heridas.

-.18 de noviembre de 1996 en el Canal de la Mancha: En el Eurotnel, en camin que viaja en el

tren de carga se incendia. Tras cinco horas se logra controlar el fuego. 30 pasajeros del tren

resultan gravemente heridos por inhalacin de humos.



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-.10 de abril de 1995 en Austria: En un accidente mltiple en el tnel de Pfnder cerca de

Bregenz se incendian cuatro coches. Tres personas mueren. La causa fue un conductor que

invadi la calzada contraria.

-.28 de octubre de 1995 en Azerbaijan: 289 personas mueren por ahogamiento y quemaduras en

un tnel de metro en Baku. Como causa del incendio se supone un cortocircuito en el

equipamiento elctrico del vagn.

-.18 de noviembre de 1987 en Inglaterra: En un incendio en la estacin de metro Kings Cross de

Londres mueren 31 personas. La causa fue una cerilla encendida.

-.7 de abril de 1982 en los EE.UU.: En el tnel de Caldecott cerca de Oakland/California mueren

siete personas en un accidente mltiple.

-.3 de noviembre de 1982 en Afganistn: En el tnel de Salang al norte de Kabul, un camin

sovitico circulando en convoy colisiona con un camin cisterna. La explosin provoca un

infierno. Entre 700 y 2000 personas se asfixian y se queman.

-.11 de julio de 1979 en Japn: Tras una colisin entre varios camiones y coches en el tnel de

Nihonzaka, siete personas pierden la vida.

-.1975 en Inglaterra: En la estacin de metro de Moorgate de Londres, un tren lleno de pasajeros

colisiona contra la pared del tnel. La causa es un error humano del maquinista. Mueren 43

personas, 55 resultan heridas.

-.6 de noviembre de 1972 en Japn: En el tnel de ferrocarriles de 13 kilmetros de largo cerca

de Fukui, el expreso de noche de Kitaguni se incendia. La causa es un incendio en el vagn-

restaurante. 29 viajeros perecen asfixiados.

-.14 de febrero de 1971 en Bosnia: El tren de la maana de Zepce a Zenica descarrila cerca de

Vranduk. Se produce un incendio y 34 personas mueren asfixiadas.

Las consecuencias dramticas, repercusin pblica en los medios de comunicacin y la inquietud y

sensacin de inseguridad consiguientes, hacen que no se pueda soslayar el problema nicamente

acudiendo a estas estadsticas, sino que se hayan de adoptar eficientes medidas de seguridad en

tneles.



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1.2 OBJETIVOS

El objetivo del presente proyecto es el estudio de las distintas magnitudes de incendio al que puede

hacer frente un tnel con determinadas instalaciones y estrategias de ventilacin.

Para permitir el anlisis buscado, se ha implementado en una hoja de clculo una herramienta que

permita cuantificar los efectos que intervienen en un sistema de ventilacin en tnel, obtener las

prdidas de carga reales en la totalidad de un tnel unidireccional de un solo tubo, contemplando la

variacin de temperatura que alcanza el aire en el interior, as como la velocidad de este.

La evolucin del fuego a lo largo del tnel, as como la variacin de estas prdidas de carga,

depender de factores tales como la potencia calorfica del fuego, de las caractersticas geomtricas

del tnel, de los vehculos que pudiera haber dentro del tnel, etc. Por ello, se han escogido una serie

de casos con distintas caractersticas geomtricas de tneles y vehculos en su interior, estudiando

cada caso ante diferentes potencias de incendio.

El estudio propuesto aplicado a proyectos en tneles carreteros puede permitir conocer cual es la

ventilacin necesaria para cada magnitud de incendio (situacin de emergencia) sin necesidad de

sobredimensionar el equipo de ventilacin. Una ventilacin excesiva es ms cara pero sobre todo

puede dar lugar a que se amplifique el efecto de la llama mediante una mayor aportacin de oxigeno o

un anclado de la misma ante la presencia de obstculos o vehculos detenidos. El control de los humos

es vital para preservar las rutas de escape seguras determinadas por la concentracin de sustancias

nocivas, temperatura alcanzada y visibilidad que permita la huida.

Un anlisis como el propuesto permitir realizar un estudio paramtrico para definir el equipo de

ventilacin de un tnel y a que fuego tipo es capaz de combatir con esa ventilacin.

La principal aportacin de este proyecto es obtener un anlisis de cmo influye la magnitud de un

incendio en la instalacin de ventilacin de un tnel carretero, para la eleccin de un incendio de

proyecto mediante un criterio prestacional.



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1.3 METODOLOGA

Para un mejor ordenamiento y anlisis de los distintos puntos antes mencionados, el presente trabajo

se ha dividido en 8 captulos:

La metodologa utilizada en la confeccin de los IV captulos ha sido la investigacin, recopilacin de

informacin con el tema estudio.

En el captulo V se analizan los clculos del empuje total necesario para contrarrestar las prdidas de

carga de un tnel carretero unidireccional con ventilacin longitudinal y estrategia de arrastre para

distintas potencias de incendio en los siguientes casos:

Caso A: el estudio de la influencia de la pendiente de un tnel en la eleccin de la

potencia de incendio al que puede hacer frente la instalacin de ventilacin.

Caso B: el estudio de la influencia de la longitud de un tnel en la eleccin de la

potencia de incendio al que puede hacer frente la instalacin de ventilacin.

Caso C: el estudio de la influencia de la densidad del trfico en el interior de un tnel

en la eleccin de la potencia de incendio al que puede hacer frente la instalacin de

ventilacin.

En el captulo VI se dan a conocer los resultados y el estudio paramtrico.

Finalmente en el captulo VII se establecen las conclusiones y lneas futuras del proyecto.



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CAPTULO II

GENERALIDADES DE LOS TNELES

2.1 QUE ES UN TNEL

La definicin de tnel segn la Real Academia Espaola es: paso subterrneo abierto artificialmente

para establecer una comunicacin, pero podemos decir que un tnel solo y nada menos que

escavado, sostenido, impermeabilizado y revestido, como suele decirse, terminada la obra civil, no ser

ms que un tubo estable excavado en un terreno, estando exento normalmente de las condiciones

necesarias para poder abrirlo a la circulacin vial para el que se construy. Si a ese tubo se le aade

un cmulo de los aparatos necesarios para la ventilacin, alumbrado, circuitos de TV, etc., lo que se

acostumbra a llamar instalaciones, se habr logrado ponerlo en condiciones algo ms favorables para

que por l pueda pasar el trfico con seguridad.

Pero si a la obra civil y las instalaciones no han sido concebidas conjuntamente, como conclusin se

podr tener algo parecido a un tubo estable excavado, dotado de artilugios, por el que pasa el trfico.

2.2 TIPO DE TNELES

Tneles urbanos y no urbanos.

Los tneles urbanos son los que se encuentran situados en la va pblica de las ciudades. Mientras

que los no urbanos, se encuentran situados en el trazado de carreteras, quedando fuera de los ncleos

de las ciudades. Esta distincin que a simple vista parece evidente y superflua, tiene gran importancia,

porque condiciona en gran medida el diseo de los elementos que componen un tnel. Los tneles

urbanos, generalmente tendrn, a igualdad de longitud que los no urbanos, unas mayores exigencias

de ventilacin.

Tneles en trinchera, recubiertos, excavados y prefabricados.

En trinchera, son en realidad zanjas o trincheras que se abren, para ser luego recubiertas con un

forjado que permitir el trnsito de personas y vehculos por encima de ellas. Son tpicos en las

ciudades.

Los tneles recubiertos, son realizados en carreteras donde se realizan desmontes importantes del

terreno, querindose evitar que queden taludes muy grandes. Se construye primeramente

desmontando el terreno, luego se crean uno o dos tubos y finalmente se recubren con tierra.

Los tneles excavados, son los que se abren en el terreno, sacando solo la tierra necesaria para que

quede la cavidad lineal deseada. Constituyen la mayora de los ltimos tneles construidos.

Los tneles prefabricados, estn constituidos por piezas que se apoyan y luego se ensamblan.



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Tneles terrestres, fluviales y marinos.

Los tneles terrestres atraviesan el terreno, mientras que los fluviales atraviesan lagos o ros. Los

tneles marinos atraviesan el mar.

Tneles carreteros y ferroviarios.

Los tneles carreteros tienen trfico rodado, ligero y pesado. Mientras que los tneles ferroviarios slo

tienen trfico de trenes. Los tneles carreteros estn dotados de medidas de seguridad diferentes a la

de los tneles ferroviarios.

Tneles unidireccionales y bidireccionales.

Los tneles bidireccionales tienen trfico en los dos sentidos, se presentan cuando slo se ha

construido un solo tubo.

Los tneles unidireccionales se suele presentar en autopistas y autovas, con un tubo por cada sentido.

2.3 INSTALACIONES EN TNELES

Ventilacin:

La ventilacin, est constituida por el conjunto de ventiladores y conductos destinados a dirigir y

canalizar el aire fresco y los humos. Es muy conveniente que estos equipos sean resistentes al fuego.

Iluminacin:

En los tneles existen dos tipo de iluminacin, la de servicio normal colocadas por encima de los

hastales, estn graduadas en intensidad para que los conductores no resulten deslumbrados, y la

iluminacin de emergencia, que tiene por misin que el tnel no se quede a oscuras ante la falta de

suministro elctrico.

Cmaras de televisin.

Con ellas se controla visualmente, desde un centro de control, todo lo que sucede en el interior del

tnel.

Sealizacin.

El sistema de sealizacin contempla la sealizacin tradicional ( vertical y horizontal), los semforos,

paneles de sealizacin variable y dems elementos modernos que permiten transmitir unas

instrucciones claras y detalladas al usuarios.



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En general en tneles de cierta entidad que superen los 500 m de longitud, es preceptivo disponer de

una sealizacin dinmica que informe a los usuarios de los posibles incidentes que se encuentren, del

estado del trfico, del de la calzada, etc.

Barreras cierre del tnel.

Son activadas por el controlador de sala de manera tal que se perciba una barrera fsica de cierre, y no

solamente las rdenes emanadas por las seales dinmicas.

Comunicaciones.

La comunicacin va radio en el tnel es gran importancia en caso de incidente, para poder estar

conectados con el exterior.

Opacmetros.

Los opacmetros tienen por misin detectar falta de visibilidad en el interior del tnel, producida por los

humos emitidos por los escapes de los motores de los vehculos.

Deteccin de incendios.

Para la deteccin, se suele instalar, a lo largo de todo el tnel, un cable fibrolaser. Esta deteccin,

puede resultar tarda, detectndose el fuego antes por otros sistemas indirectamente (opacmetros,

cmaras de TV, usuarios con telfono mvil).

Extincin de incendios.

Las instalaciones de lucha contra incendios, constan, de una o dos fuentes de abastecimiento con su

correspondiente equipo de bombeo y armarios equipados con BIE y extintores.

Sealizacin de emergencia.

Sealizacin fotoluminiscente a lo largo del tnel, indicando las salidas de evacuacin ms cercanas.

Actualmente, en los tneles las salidas de evacuacin se encuentran a un lado del tnel, por lo que

esta sealizacin debera indicar a que lado del tnel se encuentra dicha salida. Por lo que en la boca

de entrada del tnel sera recomendable una indicacin.

Salidas de evacuacin.

Las salidas de emergencia o de evacuacin, son de vital importancia para los usuarios, pues

constituyen la va de escape ms segura. No existen en todos los tneles. Deben de tener puertas para

usuarios y tambin para el paso de vehculos de emergencia. En tneles con tubos paralelos, pueden

comunicar un tubo con el otro.



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Vertidos contaminantes.

Importancia de una adecuada eleccin del sistema de recogida y evacuacin de vertidos lquidos

peligrosos con riesgo de incendio y de aguas sucias.

2.4 SEGURIDAD ANTE INCENDIOS EN TNELES

Para resumir los principales puntos a tener en cuenta para la seguridad en tneles, cabe mencionar:

- Sistemas y equipamiento: deben estar apropiadamente configurados para actuar en las

adversas condiciones de un incendio dentro del tnel.

- Operacin: los operadores del tnel deben ser capaces de responder apropiadamente y a

tiempo a todos los problemas que surgen ante un incendio.

- Preparacin: se deben crear planes de actuacin y existir entrenamientos y ejercicios que

faciliten su puesta en marcha.

- Comunicaciones: debe existir una comunicacin adecuada entre todas las personas que

intervienen en una situacin de emergencia.

- Comportamiento humano: hay que entender mejor la reaccin de los usuarios ante situaciones

accidentales e informar ms adecuadamente sobre cmo deben comportarse para su

seguridad y la del resto de personas.



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CAPITULO III

VENTILACION

3.1 SISTEMAS DE VENTILACIN

El sistema de ventilacin es de enorme importancia en la explotacin de un tnel, y es determinante en

caso de accidente.

Los objetivos que se pretenden con la ventilacin son:

- Mantener en todo momento una calidad de aire adecuada para que la toxicidad del ambiente

dentro del tnel no alcance lmites prefijados.

- Garantizar que la visibilidad sea suficiente y segura para la conduccin.

- En caso de emergencia, control de los humos reduciendo al mximo la gravedad de la

incidencia.

- Permitir la salvaguarda de los propios usuarios.

- Mantener libre de humos los accesos a los servicios de seguridad y las zonas de evacuacin.

- Permitir la extraccin del humo tras la extincin.

Se emplean habitualmente cuatro sistemas distintos de ventilacin, dependiendo de factores tales

como la longitud, la intensidad de trfico o sentido de este.

Los cuatro sistemas son: ventilacin natural, longitudinal, semi-transversal y transversal, aunque

existen tneles con sistemas hbridos.

VENTILACION NATURAL.

La ventilacin natural consiste en dejar que sea la propia circulacin natural del aire por el tnel la que

se encargue de evacuar los humos que se producen en su interior.

En todo tnel se produce de manera natural, una cierta circulacin de aire en su interior, debido a la

diferencia de presin existente entre ambas bocas. Esta diferencia de presin puede estar ocasionada

por una diferencia de temperaturas entre ambos extremos del tnel, por diferencia de cota o por la

direccin del viento.

La ventilacin natural opera segn la climatologa del momento, y normalmente solamente es suficiente

para renovar el aire de un tnel cuando ste es muy corto o cuando la intensidad del trfico que por el

circula es muy pequea.



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Figura 3.1: Ventilacin natural. [VDI 2053]

VENTILACION LONGITUDINAL.

Es aquella en la que se fuerza la circulacin natural del aire a lo largo del tnel. Por una de las bocas

entra aire fresco y por la boca contraria sale el aire viciado. El sentido de circulacin del aire sera

conveniente que coincida con el de la circulacin de los vehculos cuando el tnel es unidireccional,

con objeto de aprovechar el efecto pistn que producen stos.

Figura 3.2: Ventilacin longitudinal con ventiladores axiales. [VDI 2053]

La circulacin del aire se logra mediante ventiladores de chorro (o jet fans). Generalmente, los

ventiladores se colocan en clave del tnel cada cierto intervalo, aunque existen otros sistemas en que

los ventiladores slo se colocan en la boca de entrada del tnel, o en los pozos de ventilacin

intermedios.



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Figura 3.3: Ventilacin longitudinal con pozo central. [VDI 2053]

Los ventiladores suelen ser reversibles, especialmente en el caso de tneles bidireccionales, para

poder aprovechar la ventilacin natural en el sentido en que est es produzca. Tambin se incluyen

sistemas de medicin de humos y de contaminantes con objeto de aplicar nicamente la potencia de

ventilacin que sea necesaria.

VENTILACION SEMI-TRANSVERSAL.

En la ventilacin semi-transversal el aire fresco se impulsa desde el exterior por un conducto situado

dentro de la seccin del tnel, habitualmente en la clave y separado de la zona de circulacin de los

vehculos por un falso techo. Aproximadamente, cada 6 metros este conducto comunica con el interior

del tnel mediante unos difusores, puntos por los que entra el aire fresco. El aire viciado circula a lo

largo del propio tnel y sale al exterior por las bocas.

Este sistema es ms caro de instalacin y funcionamiento que el longitudinal pues necesita, adems de

los ventiladores, un falso techo y un conducto para el aire fresco. Por el contrario, permite longitudes de

tnel e intensidades de trfico superiores.

Los ventiladores suelen ser reversibles, con objeto de poder extraer los humos del tnel en caso de

incendio.

Figura 3.4: Ventilacin semi-transversal. [VDI 2053]



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VENTILACION TRANSVERSAL.

Es el sistema ms complejo, ms seguro y el que permite mayores longitudes de tnel y mayores

intensidades de trfico, pero resulta tambin ms caro en instalacin y mantenimiento.

Tanto el aire fresco como el aire viciado, circulan a lo largo del tnel por unos conductos situados

generalmente en la clave del tnel, separados de la zona ocupada por los vehculos por un falso techo

y con un tabique divisorio entre ambos. Uniformemente, a lo largo de la longitud del tnel, se impulsa

aire fresco a su interior y se aspira el aire viciado.

Figura 3.5: Ventilacin transversal. [VDI 2053]

3.2 VENTILACION EN CASO DE INCENDIO

Como ya se ha comentado anteriormente el comportamiento de un incendio en el interior de un

tnel es un accidente de evolucin rpida y de graves consecuencias, por las altas temperaturas,

la gran cantidad de humos calientes y gases que se producen, constituyendo el control de estos

humos uno de los elementos decisivos para la evacuacin de los usuarios.

Por ello, no hay que confundir entre el fin para lograr ese control del humo mediante la eleccin

de la estrategia deseada y el medio para lograr esa estrategia mediante los sistemas de

ventilacin.

No obstante, para elegir la estrategia de ventilacin deseada de cmo actuar ante una situacin

de incendio, es necesaria una explicacin del comportamiento de los humos producidos a

consecuencia del mismo.

3.2.1 Comportamiento del humo en el interior de un tnel.

En caso de producirse un incendio en un tnel la manera en que evoluciona la propagacin de

los gases, as como las temperaturas que se alcancen en la secciones ms cercanas al foco,

dependen de manera fundamental de la velocidad de la corriente de aire en el tnel.



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Los humos a alta temperatura que se generan en el incendio, debido a la flotabilidad de stos,

alcanzarn la bveda del tnel, se estratifican, el aire caliente sobre el aire fro, avanzando en la

parte alta del tnel hacia cada lado a un velocidad de unos 2 m/s, incluso sin ventilacin y siendo

el tnel horizontal.

Cuando el humo caliente se aleja del foco comienza a enfriarse, y va ocupando toda la seccin

del tnel.

Figura 3.6: Evolucin de humos. [ABELLA93]

El foco del incendio se alimenta por su parte inferior con corrientes de aire fresco re-entrantes.

Segn sean las condiciones de la corriente de aire longitudinal en el tnel la distribucin de los

humos calientes se producir, tanto hacia aguas arriba del foco, como podr producirse el

retorno de esa capa caliente de humos hacia aguas abajo.



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Figura 3.7: Fuego en varios tipos de estructura. [PIARC07]

Figura 3.8: Comportamiento de la capa de humos en tneles. [MIPCI12]



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3.2.2 mbito Normativo.

En cuanto a la normativa espaola el Real Decreto 635/2006, de 26 de mayo, sobre requisitos

mnimos de seguridad en los tneles de carretera del Estado, no establece pautas sobre que

sistema de ventilacin utilizar segn las caractersticas del tnel. Sin embargo en otros pases

hay normativas o recomendaciones sobre ventilacin en tneles, las cuales son utilizadas

frecuentemente en Espaa e igual de importantes.

Normativa o recomendaciones de otros pases relativo a la ventilacin en tneles:

- Japn: Asociacin de Carreteras. Tunnel Ventilation Design Guidelines, Japn, 1985

- Alemania: Norma Alemana en Tneles. (RABT 06)

- Pases Bajos: Ventilation of Road Tunnels. Julio 1991

- Francia: Ventilation. Les dossiers pilotes du Cetu. Noviembre 2003

- Austria: Design guidelines Tunnel Ventilation, (FVS 97)

- Pases Nrdicos: Norwegian Design Guide Road Tunnels (PAR Diciembre 1990)

- Suecia: Tunnel 95 General Technical Specification Publ. 1995:32E, Sweden, 1996

A continuacin, en la tabla siguiente se observar el sistema de ventilacin conforme la longitud

del tnel y el sentido de la circulacin recomendado en Francia.

Figura 3.8: Sistemas de ventilacin para tneles superiores a 300 m. [CETU03]



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3.2.3 Estrategias de Ventilacin

A) Estrategia de Arrastre:

Esta estrategia es considerada cuando se tiene un tnel no urbano unidireccional sin atasco de

vehculos, o urbano unidireccional de reducida longitud, la forma de actuar de la ventilacin es el

arrastre de los humos para un lado del tnel. Se consigue con un sistema de ventilacin

longitudinal. Tambin se puede emplear la ventilacin longitudinal para la estrategia de arrastre

mediante la extraccin masiva de los humos a travs de pozos de extraccin.

La ventilacin ha de empujar el humo para el lado donde no estn atrapados los vehculos, es

decir en sentido de la circulacin, puesto que los vehculos que estn delante del fuego pueden

continuar la marcha hasta salir del tnel, mientras que los vehculos detrs del fuego quedarn

bloqueados. Por ello, esa zona ha de quedar libre de humos para que puedan evacuar los

usuarios lo antes posible.

Para conseguir este arrastre, necesitamos alcanzar una velocidad del aire en el sentido de la

circulacin suficiente para que no se produzca retroceso de la capa de humos. Este fenmeno

de retroceso de los humos es conocido como efecto backlayering.

Figura 3.9: Esquema del retroceso de humos en un incendio en un tnel. [HWAN05]

Para evitar que la capa de humos progrese en sentido contrario a la ventilacin, el aire fresco del

tnel debe avanzar a una velocidad determinada denominada velocidad crtica, que puede

obtenerse segn la expresin de Kennedy y que depende entre otros parmetros del fuego de

clculo elegido.

Figura: 3.10 Avance de los humos. [CETU03]



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Figura 3.11: Principio de una ventilacin longitudinal con extraccin masiva. [CETU03]

Es importante resaltar que, desde el punto de vista de la evaluacin de las condiciones de

evacuacin, la estrategia de arrastre presenta una ventaja considerable ya que el nivel de

seguridad conseguido en el tnel ser mximo siempre que:

- El sistema se haya dimensionado apropiadamente.

- Se produzca una activacin rpida del sistema de ventilacin.

- No se produzcan fallos de equipos.

B) Estrategia de Estratificacin:

Esta estrategia es considerada en tneles bidireccionales y tneles unidireccionales con trfico

retenido. Se puede conseguir con un sistema de ventilacin transversal o con un sistema de

ventilacin longitudinal.

El propsito de esta estrategia es mantener el mayor tiempo posible la zona del trfico con aire

fresco, para ello se ha de mantener la capa de humos lo ms estratificada posible en la parte

superior del tnel.

Si podemos extraer los humos con ventilacin transversal, la ventilacin en la zona del foco y

cercana ha de extraer el humo a su mxima capacidad, eliminar la inyeccin de aire fresco para

no producir turbulencias y una velocidad reducida por el mismo motivo.

En la zona lejos el foco ha de haber un apoyo para el control de la ventilacin natural, es decir, la

ventilacin natural interior del tnel debera ser 0, para mantener la estratificacin.

La cantidad de humos a extraer depende del fuego de clculo elegido.



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Figura 3.12: Ejemplo de una estrategia de estratificacin con ventilacin transversal. [CETU03]

Si no podemos extraer los humos, es decir, tenemos ventilacin longitudinal, la estrategia pasa

por reducir la velocidad del aire y minimizar la turbulencia para favorecer la estratificacin de los

humos y permitir la evacuacin de los usuarios. Esta solucin se suele adoptar para tneles

carreteros de longitudes pequeas.

Es importante destacar que la correcta aplicacin de estas estrategias pasa por cumplir dos

condiciones:

- Disponer de capacidad de extraccin de humos suficiente en la zona de incendio.

- Disponer de capacidad suficiente para lograr el control de la corriente longitudinal.

C) Estrategia de Dilucin.

El propsito de esta estrategia es rebajar los contaminantes txicos del humo en el interior del

tnel, inyectando aire fresco mezclndose con el humo generado por el incendio.

En dicha estrategia se ha de asumir un riesgo referente a un mnimo de toxicidad en los gases,

ste ha de ser estudiado, con la dificultad que conlleva, ya que en un tnel carretero es imposible

controlar la carga de los vehculos para poder calcular la toxicidad de estos materiales en la

combustin. Por ello, es una estrategia que ha sido empleada tan slo en tneles ferroviarios o

tneles de carretera con muy bajo trfico.



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Figura 3.13: Ejemplo de la ventilacin en caso de incendio. a) ventilacin longitudinal; b)

ventilacin longitudinal con extraccin masiva; c) ventilacin transversal; d) ventilacin

transversal empleando estrategia longitudinal. [CETU03]



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CAPITULO IV

MEMORIA

4.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Dado que ante un incendio en un tnel, tal y como se ha comentado anteriormente, el control del

humo producido es uno de los factores decisivos para la salvaguarda de los usuarios del interior

del tnel.

Se pretende calcular la ventilacin longitudinal de un tnel no urbano unidireccional, con trfico

fluido, aplicando la estrategia de arrastre.

Ahora bien, conforme vas adentrando en los clculos, una de las primeras cosas a las que debes

afrontar y que ser decisivo para el clculo de dicha instalacin de ventilacin, es la eleccin del

incendio de proyecto que tu supones o eliges para dimensionar la instalacin.

Que potencia calorfica de incendio elijo?, Debo elegir la potencia de 30 MW en atencin a la

normativa nacional? Qu vinculacin existe entre la estrategia y caractersticas del sistema de

ventilacin y el tamao del incendio de proyecto? En atencin a lo expuesto, y conforme al

estudio de varios tneles con caractersticas diferentes, se calcula la ventilacin longitudinal para

diferentes potencias de incendio, con el objeto de determinar el fuego tipo al que puede hacer

frente un tnel con determinadas instalaciones y estrategias de ventilacin.

4.2 GENERALIDADES DEL FUEGO EN RECINTOS CERRADOS.

En los incendios en tneles el fuego presenta de forma general un comportamiento similar a los

incendios que se producen en cualquier recinto cerrado. Aunque el carcter lineal de este tipo de

estructuras reduce la complejidad de su comportamiento, la existencia de un flujo forzado de aire

con muy distintas condiciones dificulta la prediccin del comportamiento del mismo.

Los tneles al ser cavidades muy aisladas del exterior, presentan dificultad en eliminar el calor,

humo y sobrepresiones, que se pueden llegar a generar durante un incendio. Por ello, se

distinguen efectos que lo diferencian de un incendio al aire libre. Estas particularidades, son:

- Efecto Horno: es el aumento continuo de la temperatura, con la consiguiente

acumulacin progresiva del calor, similar a lo que ocurre con el horno de una cocina.

- Efecto Can: este efecto es producido en caso de haber una explosin en el interior del

tnel. Dicho nombre, viene del comportamiento que sta tendra, dada la geometra

lineal del tnel, que libera hacia sus entradas, las sobrepresiones generadas por la

explosin.



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4.3 CONSIDERACIONES.

Los incidentes de incendio y los relacionados con el transporte de mercancas peligrosas son los

que presentan mayor riesgo, por lo que se han de adoptar medidas de seguridad especiales para

prevenir que ocurran dichos incidentes y se mitiguen las consecuencias del mismo.

Las medidas paliativas pueden clasificarse en tres tipos:

- Favorecer las condiciones de evacuacin de los usuarios (disposicin de salidas de

emergencia, refuerzo de la sealizacin acstica y visual, sealizacin de a que lado

estn las salidas de emergencia a la entrada del tnel, iluminacin, etc.)

- Mitigar los efectos del fuego y la reduccin de la visibilidad por el humo, la toxicidad de

los gases y la radiacin del foco y humo, a travs de los sistemas de ventilacin.

- Reducir la magnitud del incendio (proximidad de servicios de emergencia, sistemas PCI,

etc.)

Los fenmenos que se desarrollan tras el inicio del incendio (humo y calor) que influyen en la

seguridad de los usuarios dependen de:

- La variacin de las condiciones ambientales en el interior del tnel (visibilidad, toxicidad,

radiacin) que a su vez depende de:

El crecimiento de la potencia de incendio hasta que alcanza su mxima

magnitud.

El control sobre el humo actuando sobre la instalacin de ventilacin que

modifica las condiciones en el interior del tnel.

- El desplazamiento de los usuarios hasta alcanzar las zonas seguras.

Uno de los factores ms importantes en el estudio del comportamiento de los humos en caso de

incendio es su magnitud. La evolucin de un incendio en un recinto confinado presente distintas

fases:

- Crecimiento: en el que la potencia calorfica disipada no es muy importante pero cuya

energa es empleada para vaporizar mayor cantidad de combustible.

- Una fase de mxima capacidad en la que la energa disipada se mantiene.

- Una fase de decaimiento al agotarse el combustible al que tiene acceso el fuego.



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Figura 4.1: Esquema tpico de evolucin de un incendio

Los incendios de proyecto se definen fundamentalmente mediante su potencia calorfica en MW,

es decir, la variacin temporal de la energa liberada por unidad de tiempo. Se representa las

tpicas fases de evolucin del incendio (incubacin, crecimiento, estabilizacin y decaimiento).

La fase de crecimiento est fuertemente ligada a las condiciones durante la auto-evacuacin, ya

que depende no solo del tipo de carga de fuego presente en el tnel sino tambin a los

equipamientos disponibles, la proximidad de los servicios de emergencia o la capacidad de

evacuacin del tnel.

Por su parte, los niveles mximos de potencia de incendio son claves desde el punto de vista de

la evacuacin asistida y la fase de lucha contra el fuego. Es importante sealar que rara vez las

instalaciones y sistemas de seguridad del tnel se proyectan para cubrir el escenario psimo de

potencia de incendio ya que se acepta el riesgo que, cuando el fuego crece por encima de una

determinada magnitud, los efectos de la radiacin del foco y los humos seran tan importantes

que impediran la intervencin de los servicios de emergencia.

A partir de estas presunciones, para el dimensionamiento de sistemas de ventilacin se puede

recurrir a criterios predominantemente prescriptivos, adoptando valores de potencia de incendio

mxima entre los 30 y 50 MW, dependiendo del pas pero sobre todo del tipo de tnel, sistema

de ventilacin, tipo de trfico, etc.

Recientemente, se han llevado a cabo ensayos a escala real (tnel Runehamar) mostrando que

la potencia de incendio psima que puede darse para vehculos pesados de gran tonelaje puede

superar dichos valores. Por otra parte, los incidentes de transportes de mercancas peligrosas



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tambin se ha reflejado en numerosos publicaciones, que estos incidente podran superar las

consecuencias de los mayores incendios de proyecto.

No obstante, es recomendable independizar estos dos riesgos (incendios e incidente de

mercancas peligrosas) para evitar sobredimensionar los sistemas de seguridad del tnel.

Como aclaracin, cabe sealar que la curva de potencia de incendio anterior, se refiere

especficamente a los estudios de control de humos. No hay que confundir entre ventilacin y

resistencia al fuego de las estructuras, en cuyo caso es emplean las curvas temperatura-tiempo

de dichos fuegos tipo o de otros materiales empleados en la construccin. Se tratan de dos

aspectos conceptualmente diferentes:

- En la ventilacin debemos asegurar el control de humos para un fuego tipo, que no tiene

porqu ser el peor imaginable. La evacuacin de las personas, el acceso de los equipos

de emergencia, el mantenimiento de las comunicaciones, etc. han sido desde hace

muchos aos motivo de estudio.

- Tras los daos originados por los incendios del Mont-Blanc y de Tauern, en 1999, se

impuls la necesidad de la proteccin de los elementos de los tneles al fuego. En caso

de fuego debemos prestar atencin al tipo de elemento estructural y a los daos

aceptables en funcin del cometido de la misma y a la duracin que debe garantizar la

estabilidad de la estructura o del elemento estructural considerado. De igual forma, el

fuego de diseo no tiene porqu ser el peor imaginable.

4.4 ENFOQUE PRESCRIPTIVO DE UN INCENDIO DE PROYECTO.

Actualmente, en el mbito nacional el Real Decreto 635/2006, del 26 de mayo, sobre requisitos

mnimos de seguridad en los tneles de carreteras del Estado; en el artculo 2.11 Anexo I seala

lo siguiente:

- Todos los tneles que requieran sistema de ventilacin artificial, de acuerdo con el apartado 2.21, debern contar con su correspondiente sistema de automatismo.

- El proyecto, la construccin y la explotacin del sistema de ventilacin debern tener en cuenta: el control de los contaminantes emitidos por los vehculos de carretera en un flujo de trfico normal y denso, el control de los contaminantes emitidos por vehculos de carretera en el caso de que el trfico est detenido a causa de un incidente o accidente, el control del calor y el humo en caso de incendio.

- La ventilacin longitudinal se utilizar nicamente en los tneles con circulacin

bidireccional o unidireccional congestionada si un anlisis del riesgo conforme al artculo 11 muestra que es aceptable, o si se toman medidas especficas, tales como una apropiada gestin del trfico, una reduccin de la distancia entre salidas de emergencia y la colocacin de extractores de humo a intervalos adecuados.

- Los sistemas de ventilacin debern poder extraer el humo para un incendio tipo con

potencia mnima de 30 MW y caudal mnimo de humos de 120 m3/s. La ventilacin en las galeras ser independiente.



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- En tneles urbanos de longitud mayor que 200metros es obligatoria la instalacin de un sistema de ventilacin.

- Los sistemas de ventilacin transversal o semitransversal se utilizarn en aquellos

tneles que requieran un sistema de ventilacin mecnica y para los que no se haya autorizado una ventilacin longitudinal de conformidad con el punto 2.11.3. Estos sistemas debern poder extraer el humo en caso de incendio.

- Para los tneles de longitud superior a 1.000 metros, de trfico bidireccional, con un

volumen de trfico superior a 1.000 vehculos por carril, dotados de un centro de control y de ventilacin transversal o semitransversal, debern adoptarse las siguientes medidas mnimas relativas a la ventilacin: se instalarn reguladores de aire y humo que puedan funcionar separadamente, la velocidad del aire longitudinal deber controlarse constantemente, y el proceso de control del sistema de ventilacin (reguladores, ventiladores, etc.) deber ajustarse en consecuencia.

De forma similar se expresa la Directiva Europea 2004/54/CE, del 29 de abril de 2004, sobre

requisitos mnimos se seguridad para tneles de la red transeuropea de carreteras; en su art. 2.9

del Anexo I.

No obstante, se tiene como referencia las recomendaciones dadas por PIARC basadas en los

distintos ensayos del proyecto EUREKA 499, y los realizados en Estados Unidos en el Proyecto

de la Central Artery. En el que como carga de fuego tpica para un vehculo pesado tiene una

potencia calorfica en torno a los 30 MW.

Figura 4.2: Valores de potencia calorfica disipada en un incendio para distintos tipo de

vehculos. [PIARC99]

A continuacin, se adjunta una tabla de la magnitud de incendio adoptado por diferentes pases,

emplean la potencia en MW como indicador de su magnitud, pero dichos valores estn

directamente relacionados con el mtodo de clculo, el tipo de sistema de ventilacin, etc.



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Figura 4.3: Magnitud de incendio adoptado en distintos pases [PIARC]

En las recomendaciones francesas (Guide des Dossiers de scurit des tunnels routiers.

Fascilcule 4. Les tudes spcifiques des dangers. Septembre 2003) recoge la potencia de

incendio mediante una curva caracterstica en lugar de un valor fijo.

Figura 4.4: Propuesta de incendios de proyecto. [ESD03]

Ms all de los valores especficos de cada normativa, los pases adoptan una potencia de

incendio segn los siguientes aspectos:

- Dependiendo del tipo de vehculos autorizado por el tnel, en el que asumen que es ms

probable la ocurrencia de un gran incendio en tneles con vehculos pesados y con

mercancas peligrosas.

- Los pases que nicamente emplean ventilacin longitudinal (Holanda) admiten la

utilizacin de potencias de incendio superiores.



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En los ensayos realizados en el tnel de Runehamar (Noruega) dentro del proyecto UPTUN,

cuyas cargas de fuego consistieron en imitaciones de vehculos pesados con materiales

celulsicos y plsticos y dems, con importantes condiciones de ventilacin, reflejaron potencias

de incendio mximas muy superiores. Por ello, las magnitudes de incendio anteriormente

descritas para diversos pases, provienen de estos resultados de ensayo emplendose los

siguientes valores.

Figura 4.5: Valores tpicos de potencia mxima de incendio. [INGA09]

Figura 4.6: Ensayos a escala real. Runehamar. Potencia de Incendio.

En definitiva, la adopcin de un criterio prescriptivo, es decir, fijado por la normativa implica la

aceptacin de un cierto nivel de riesgo aplicable a todos los tneles. No obstante, para tener en

cuenta la particularidad de cada tnel a la hora de elegir la potencia de incendio, sta ha de estar

en funcin del tipo de trfico, la longitud del tnel, la probabilidad de atasco, lo que debe ser

tenido en cuenta por el proyectista y la autoridad competente.



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4.5 CRITERIO PRESTACIONAL DE UN INCENDIO DE PROYECTO.

El planteamiento de optimizacin y adecuacin de la potencia de incendio a las caractersticas

del tnel, son las que llevan cada vez ms a la consideracin de enfoques prestacionales.

De forma ideal, se dice que una normativa se basa en los principios del proyecto basado en

prestaciones si define explcitamente sus objetivos en cuanto a la seguridad frente a incendio y

recoge claramente los niveles deseados de seguridad. De esta forma se aceptara cualquier

proyecto que cumpliese con los objetivos establecidos. Pero la realidad es que aplicando la

normativa, aplicamos requisitos concretos de acuerdo a clasificaciones predefinidas dejando a

un lado las particularidades de cada infraestructura.

La NFPA Fire Portection Handbook propone un esquema de la metodologa basada en

prestaciones.

Figura 4.7: Metodologa para el proyecto y anlisis prestacional. [NFPA08]

Dicha metodologa puede resumirse en los siguientes conceptos generales:



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- Establecimiento de los objetivos de la seguridad frente a un incendio.

- Especificar los parmetros de proyecto.

- Verificacin de la idoneidad de la solucin propuesta en base a criterios de aceptabilidad

concretos empleando herramientas y metodologas ingenieriles contrastadas.

Por ello, la potencia de incendio a elegir para el clculo del sistema de ventilacin, formara parte

del conjunto de parmetros del proyecto a considerar en el proceso.

Debe tenerse en cuenta que aunque el riesgo del paso de mercancas peligrosas con resultado

de incendio (o de fuga de gases txicos o de explosin) es lo ms grave que puede ocurrir en un

tnel, dejando a un lado el hundimiento o colapso de la estructura, no es la nica incidencia, ni la

que por su probabilidad de acontecer, puede generar ms cantidad de vctimas y daos, como

se puede observar en los histricos de incidencias comentados en el captulo I. El proyectista y

la autoridad administrativa deben considerar un cierto nivel de riesgo admisible con el objetivo de

no hacer desproporcionada la solucin de ventilacin.

Es por ello, que este planteamiento pasa por la aplicacin de estrategias adicionales de

reduccin del riesgo como puede ser la gestin del trfico, el refuerzo de salidas de emergencia,

la utilizacin de sistemas de lucha contra incendios, la disposicin de servicios de emergencia en

las proximidades de las bocas, etc.

En este enfoque prestacional se debe de realizar un anlisis de riesgos, para tratar de detectar

todos los riesgos respecto a los distintos tipos de incidentes que puede haber en el tnel, la

causa que los origina y las consecuencias que pueden derivarse con el propsito de eliminarlos

o atenuarlos.

Figura 4.8: Esquema de un Anlisis de Riesgos. [GUIAR]



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El siguiente paso consiste en la utilizacin de herramientas cualitativas o cuantitativas,

metodologas de anlisis de riesgo, para comprobar si el sistema (tnel + equipamiento) alcanza

lo criterios fijados. Evaluando el peligro potencial del tnel, estableciendo un coeficiente de

seguridad mnimo requerido segn el peligro potencial del tnel y evaluando las caractersticas

de seguridad del tnel. De esta forma el proyectista debe de demostrar que el riesgo del sistema

est por debajo de un nivel aceptable con procedimientos detallados y, sobre todo, evaluables

por parte de la Autoridad Administrativa.



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CAPITULO V

CALCULO

5.1 PARAMETROS DE ENTRADA.

Como se ha mencionado en el captulo I, apartado 1.3, el sistema de ventilacin que se ha

estudiado es el longitudinal para un tnel no urbano, unidireccional con trfico fluido y

estrategia de arrastre.

Por un lado, se ha estudiado como influye la pendiente a la hora de elegir la potencia de

incendio, estableciendo tres tipos de tnel, cada uno de ellos con una pendiente del 3,9 %, 0 % y

una rampa del 2,5 % respectivamente.

En el segundo caso se ha estudiado como influye la longitud del tnel para diferentes potencias

de incendio, un tnel de 500 m, 1.000 m y 2.500 m de longitud.

Por ltimo se ha estudiado como influye el nmero de vehculos que quedan atrapados en el

interior del tnel ante un incendio, para una densidad de 150, 80 y 50 vehi/km.

5.2 DATOS DE ENTRADA

Geometra del tnel

- Longitud del tnel (sta vara en el estudio del Caso B)

- rea de la seccin transversal

- Altura del tnel

- Permetro del tnel

- Pendiente del tnel ( sta vara en el estudio del Caso A)

- N de carriles de circulacin del tnel

Propiedades del aire fresco

- Altitud media a la que se ubica el tnel.

- Temperatura del aire fresco en el tnel (calculado a partir de la altitud)

- Densidad de aire fresco en el tnel (calculado a partir de la altitud)

- Calor especifico del aire

- Aceleracin de la gravedad

- Presin atmosfrica en la salida del tnel

- Presin atmosfrica en la entrada del tnel

Fuego de Clculo



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- Potencia calorfica del incendio (en los tres casos se han estudiado para las siguientes

potencias: 20, 30, 50, 70, 100, 150 y 200 MW)

- Potencia transmitida del incendio al aire del tnel por conveccin

- Distancia a la boca de entrada en que se produce el fuego en el tnel (en los clculos

realizados se ha hecho un barrido a lo largo de todo el tnel, de todas las posiciones de

incendio en tramos de 10, 20 y 50 m dependiendo de la longitud del tnel)

- Longitud del sub-tramo del tnel ( 10, 20 y 50 m dependiendo de la longitud del tnel)

- Nmero de Fraude crtico

- Coeficiente por inclinacin en descenso (para ascenso es 1)

Temperatura y densidad del aire en el tnel

- Duracin considerada del fuego

- Coeficiente de intercambio trmico

- Parmetro de decaimiento de la temperatura (calculado en funcin de otros parmetros)

Coeficientes perdidas de carga

- Coeficiente de friccin con las paredes del tnel

- Coeficiente de prdida de carga en la entrada del tnel

- Coeficiente de prdida de carga en la salida del tnel

- Coeficiente de prdida de carga por expansin de los humos en el foco del fuego

(calculado a partir de otros parmetros)

- Coeficiente de la velocidad del viento en la boca en el eje del tnel medida a una altura

de 2 a 3 m

Datos Trfico

- N de vehculos en el interior del tnel (sta vara en el estudio del Caso C)

- Porcentaje de vehculos pesados

- Longitud media del vehculo pesado

- Coeficiente de penetracin de los vehculos pesados

- Superficie transversal de los vehculos pesados

- Densidad de vehculo pesado por carril

- Porcentaje de vehculos ligeros

- Longitud media del vehculo ligero

- Coeficiente de penetracin de los vehculos ligeros

- Superficie transversal de los vehculos ligeros

- Densidad de vehculo ligero por carril

Jet-Fan



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- Empuje nominal medido en las condiciones indicadas por el fabricante

- Densidad del aire con la que se obtuvo el empuje nominal del jet-fan

- Velocidad del chorro del jet-fan

- Dimetro interior del jet-fan

- Distancia de colocacin entre el jet-fan y la bveda del tnel

- Coeficiente de instalacin del jet-fan

5.3 METODOLOGA DE CLCULO.

Para determinar el empuje total necesario que los ventiladores han de hacer frente ante una

situacin de emergencia de incendio, es necesario establecer las prdidas de carga que dicho

sistema de ventilacin ha de contrarrestar para poder garantizar que los humos producidos en el

incendio se dirijan hacia una de las bocas del tnel. Por ello, se ha de calcular el sistema de

ventilacin para todas las hiptesis de escenario de incendio y teniendo en cuenta que las

temperaturas alcanzadas por el aire en el interior del tnel variarn de una seccin a otra segn

se encuentren ms o menos alejados del foco del incendio. En este estudio se entiende que la

variacin de temperatura en la misma seccin es homognea, es decir, no vara la temperatura

en los diferentes puntos de una misma seccin.

Las prdidas de carga que se han tenido en cuenta son:

- Prdidas de carga lineales

- Prdida de carga por singularidades

- Prdida de carga por expansin de los humos en el foco del fuego

- Prdida de carga por efecto chimenea

- Prdida de carga por velocidad del viento en la boca de salida

- Prdida de carga tiro natural

- Prdida de carga por la resistencia aerodinmica de los vehculos en el tnel

Cumplindose la siguiente ecuacin de equilibrio:

Pjet-fan * n H lineales + H singularidades + H exp-incendio + H efe.chim + H viento + H tiro natural + H vehic.

5.4 ECUACIONES DE CLCULO.

Anteriormente se ha comentado que para conseguir el arrastre de los humos, necesitamos

alcanzar una velocidad del aire en el sentido de la circulacin suficiente para que no se produzca

retroceso de la capa de humos. A esta velocidad se le denomina velocidad crtica y el caudal de

aire ha de desplazarse a una velocidad superior a la velocidad crtica. Empezaremos calculando

dicha velocidad y a continuacin las prdidas de carga consideradas.



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1.- Velocidad Crtica

El clculo de la velocidad crtica depende de la temperatura en el foco del incendio, y para

calcular su valor se iteran las dos ecuaciones utilizando las formulas definidas en la normativa

americana. [NFPA08]

Ecuacin 1: Velocidad crtica. [NFPA08]

Ecuacin 2: Temperatura de los humos en el foco del incendio. [NFPA08]

Dnde:

VC = velocidad crtica (m/s).

K1 = coeficiente determinado a partir del nmero de Froude.

K1 = Fr crtico-1/3

Fr crtico = Nmero de Froude crtico

(Ensayos realizados en modelos a escala prueban que se requieren nmeros de 4,5 para

impedir el retroceso de los humos, no se producir dicho retroceso para nmeros entre 6,7 y 4,5)

Kg = coeficiente por inclinacin en descenso (para ascenso es 1,00).

Kg = 1 + 0,0374 i0.8

i = inclinacin del tnel (%):

+ subida (rampa)

- Bajada (pendiente) (limitada entre 0% y el 10%).

g = aceleracin de la gravedad (m/s2).

H = altura desde la base del fuego hasta la parte ms alta del tnel (m).



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- Para un fuego sobre la calzada es igual a la altura mxima del tnel

- Para un fuego en un camin algunos autores suponen que ste se produce a 1 m de

altura sobre la calzada.

A = rea sin obstculos- de la seccin transversal del tnel (m2).

= factor entre 0 y 1 que representa las proporcin del rea del tnel que es atravesada por el

aire fresco. Para fuegos mayores de 20 MW puede emplearse la frmula de Kennedy (=1).

Q = potencia calorfica del incendio transmitida al aire (por conveccin) (MW).

Q aire = 2/3 Q total

- Se estima que 1/3 del total de la potencia calorfica del incendio se transmite por

radiacin a las paredes del tnel, y los 2/3 permanecen en los humos calientes.

Q total = potencia calorfica del incendio (MW).

= densidad aire fresco en el tnel (kg/m3).

Cp = calor especfico del aire (J/(kg.K)).

- El calor especfico del aire puede suponerse igual a 1.006 J/(kg.K) para todo el rango de

temperaturas de aire fresco.

Tfoco = temperatura media de los gases en el lugar del fuego (K).

T = temperatura del aire fresco en el tnel.

- T = tnivel mar (Hm.s.n.m./tfresco) T = 20 (Hm.s.n.m/200)

Hm.s.n.m. = altitud media a la que se ubica el tnel (msnm).

Tnivel mar = temperatura fijada por la AIN al nivel del mar. (Normalizada: 15C). En los clculos

realizados se ha considerado 20 C, segn otras autores.

tfresco = descenso de la temperatura segn la altitud. 1,00 C cada 200 m de ascenso.

2.- Temperatura media de los gases en la seccin estudiada del tramo del tnel.

En las ecuaciones anteriores hemos visto como calcular la temperatura del aire fresco y la

temperatura de los gases (humos) en el lugar del fuego. Ahora bien, las temperaturas

alcanzadas por el aire en el interior del tnel varan de una seccin a otra, segn se encuentren

ms o menos alejadas del foco. Se establece que:



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- Secciones anteriores al foco se consideran no afectadas por el fuego: T antes foco = T fresco

- Seccin en el foco: Tfoco = T foco

- Secciones afectadas por el fuego:

Ecuacin 3: Temperatura del aire en el interior del tnel. [CETU03]

Ecuacin 4: Parmetro de decaimiento de la temperatura. [CETU03]

Dnde:

T = temperatura del aire en el interior del tnel (K).

T = temperatura del aire fresco en el tnel (K).

T max = temperatura media de los gases en el lugar del fuego (K).

x = distancia a la boca de entrada en que se produce el fuego en el tnel (m).

xe = parmetro de decaimiento de la temperatura (m).

Cp = calor especfico del aire (J/(kg.K)).


W0 = velocidad crtica (m/s).

DH = dimetro hidrulico (m).

happ = coeficiente de intercambio trmico (W/m2/K) [se ha escogido 6 W/m

2/K de modo

conservador entendiendo que la pared absorbe menos calor por lo tanto ms temperatura en la

capa de homos.



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Figura 5.1: Coeficiente de intercambio trmico. [CETU03]

3.- Velocidad del aire en la seccin estudiada del tramo del tnel.

Al igual que en el apartado anterior, la velocidad del aire en el interior del tnel vara de una

seccin a otra.

W seccin = Vc (T / T)

Ecuacin 5: Velocidad del aire en el interior del tnel.

Donde:

Wseccin = Velocidad del aire en la seccin estudiada (m/s).

VC = velocidad crtica (m/s).



4.- Prdidas de carga lineales.

Son las prdidas de carga por friccin del aire con las paredes del tnel (en bveda, hastiales y

calzada)

Ecuacin 6: Prdidas de carga lineales. [CETU03]

Dnde:

H = prdida de carga con la paredes del tnel (Pa).

= coeficiente de friccin con la paredes del tnel.

Figure 5.2: Coeficiente de friccin del aire con la paredes del tnel. [CETU03]



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seccin = densidad aire en la seccin del tnel (kg/m3).

seccin = (T / T )

W seccin = velocidad del aire en la seccin estudiada del tnel (m/s).

l = longitud del tramo del tnel considerado (m)

DH = dimetro hidrulico (m).



5.- Prdidas de carga por singularidades.

Son las prdidas de carga por cambio brusco de seccin, de direccin, etc. en la salida y entrada

del tnel.

Ecuacin 7: Prdida de carga por singularidades. [CETU03]

Dnde:

H = prdida de carga por singularidades (Pa).

= coeficiente de prdida de carga en la salida y entrada del tnel.

entrada = frecuentemente se adopta entre 0,4 y 0,6. [CETU03]

salida = frecuentemente se adopta 1. [CETU03]


W = velocidad del aire en la seccin estudiada del tnel (m/s).

6.- Prdidas de carga por expansin de los humos en el foco del fuego.

Son la prdidas que se generan en el foco del incendio, los humos hacen un efecto bloqueo

impidiendo que pa

ventilación longitudinal del fuego tipo

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