- Menú -

HOME

Noticias...
Se busca...
Eventos...
Legislación...
Bibliografía...
Expertos
Artículos...

> MAPA del WEB <

Su opinión...

Envíenos la noticia o el comentario que desee.

 

 

Expertos Profesionales


Jesús de la Quintana , Mech. Eng.


Responsable de Ingeniería de Seguridad Ante Incendio y Construcción en Acero Fire Engineering and Steel for Construction Manager
LABEIN

Ensayos para la seguridad ante incendio en túneles





foto: Labein
Jesús de la Quintana Responsable de Ingeniería de Seguridad Ante Incendio LABEIN Resumen: La creciente sensibilidad social por la seguridad está impulsando el avance tecnológico en materias tales como la Ingeniería de Seguridad Ante Incendio, para dar asimismo respuesta al incremento de la exigencia de la normativa de seguridad. En el caso de los túneles esto se plasma en los sistemas de seguridad ante incendio, y en particular en el sistema de ventilación en caso de incendio, sistema clave para garantizar la evacuación del túnel. El avance en el grado de exigencia conlleva la necesidad de verificar la prestación de estos sistemas mediante ensayos reales. Se presenta en este artículo una innovación tecnológica inédita, el “Ensayo de Humo Caliente Limpio de LABEIN ®”, ensayo que por primera vez permite verificar la seguridad ante incendio del túnel sin dañarlo, ni ensuciarlo, y sin obstaculizar el desarrollo de los trabajos en el túnel, o el tráfico en caso de túneles en servicio, dado lo reducido del tiempo de ensayo. Se presenta también el ensayo llevado a cabo por LABEIN en el túnel de Lezarri de la autopista A-1 (Eibar-Vitoria) impulsado por la Diputación Foral de Guipúzcoa. Summary: Fire Safety Engineering advance is being driven by the increasing social sensitivity over safety. That technological advance is also responding to the increasing requirements of Fire Safety codes. For Tunnels, the key system for safety, that guarantees safe evacuation in case of fire, is the ventilation system. The way in which requirements are empowering this system is by real tests verification. “LABEIN´s Clean Hot Smoke Test ©”, the new innovative time saving test for Fire Safety that does not destroy nor dirties the tunnel, is presented. Also it is explained in detail the test that was recently performed by LABEIN in Tunnel Lezarri of highway A-1 (Eibar-Vitoria), answering the request from the Guipuzcoa local authority. ENSAYOS PARA LA SEGURIDAD ANTE INCENDIO EN TÚNELES La seguridad ante incendio en túneles: El objetivo irrenunciable de la seguridad ante incendio es garantizar el mantenimiento de las condiciones de supervivencia para las personas implicadas en dicho incidente. Este objetivo, genérico, recogido así por toda la normativa y reglamentación en la materia, se despliega en matices para cada tipo de infraestructura o edificio. El caso del túnel: el túnel es una infraestructura necesaria, que sin embargo configura un medio psicológicamente hostil para los conductores por varios motivos: * Cambio de las condiciones ambientales y físicas en la entrada y salida del túnel, (sección, luz, aire…). * Espacio limitado a la sección transversal. * Efectos psicológicos que pueden incidir sobre el conductor: claustrofobia, …etc. - Mayor repercusión que a cielo abierto, de cualquier avería, accidente, o incendio. Es asimismo temido por las recientes catástrofes que se han producido en túneles europeos, Mont Blanc, Tauern, San Gotardo,… La Sociedad se muestra especialmente sensible a los temas relacionados con la seguridad, y éste es el caso de la seguridad de los túneles ante incendios. Dicha sensibilidad es incluso mayor en el caso de una infraestructura de titularidad pública o semipública que afecta directamente a un gran número de usuarios. El incendio en el túnel: Para la seguridad del túnel, la hipótesis de un incendio en su interior es la más desfavorable porque, además de las consecuencias intrínsecas al propio accidente que lo produce, la existencia de materiales, cargas o fluidos combustibles en los vehículos involucrados puede aumentar con rapidez el desarrollo y evolución del incendio inicial, lo que puede provocar que dicho suceso llegue a alcanzar unas consecuencias y daños de dimensiones catastróficas en vidas y bienes. El humo generado por causa de un incendio tiene tres efectos lesivos sobre las personas expuestas a su acción: * Obscuridad, que dificulta la huida debido a la falta de visibilidad. * Toxicidad, que incapacita a las personas para una huida rápida y, finalmente, puede producir la muerte. Sus efectos dependerán de la naturaleza de los elementos tóxicos presentes en el humo, de su concentración y del tiempo de exposición a los mismos. * Temperatura, que aturde y, dependiendo del tiempo de exposición, puede causar la muerte. Así, sin olvidarnos de otros efectos producidos por el incendio, como es la propia radiación debida a la combustión de los materiales presentes en el escenario de incendio, establecemos la distinción con el humo por presentar este sus efectos a una mayor distancia del foco del incendio, siendo por ello crítico para la evacuación. Para atajar los efectos del humo, siendo importante el diseño del sistema de ventilación, lo es mucho más la definición de la estrategia y Pautas de Actuación de dicho sistema en caso de incendio. Recibe el nombre de Pauta de Actuación, la estrategia secuencial de operación sobre el sistema de ventilación que responde y resuelve una determinada situación de incendio. Ante situaciones con incendio en el interior del túnel, la primera medida consistirá en facilitar la evacuación de las personas más próximas al lugar del incendio a través de los itinerarios de evacuación existentes mediante el confinamiento de la nube de humos durante un tiempo suficiente, para proceder a continuación a la extracción o en su caso, al barrido del humo, y facilitar así las labores de extinción. Para ello, deberá actuarse sobre el sistema de ventilación partiendo de las condiciones de funcionamiento en el momento del incendio y conociendo datos tales como condiciones ambientales, dirección y densidad de tráfico, tipo de vehículos involucrados, magnitud y potencia del incendio, etc. El diseño de la ventilación y de las Pautas de Actuación: La ventilación en los túneles es el factor clave de la seguridad porque es básica para garantizar las condiciones necesarias para una evacuación segura. En el caso de un túnel, el movimiento del aire en su interior depende de una serie de factores: * El efecto chimenea debido a la diferencia de altura y temperatura entre las dos bocas del túnel. * La diferencia en presión barométrica entre las dos bocas del túnel. * El efecto pistón de los vehículos en movimiento que empujan el aire hacia el interior del túnel en el sentido de su circulación. * La influencia de los volúmenes de impulsión y extracción de aire de los equipos preparados a tal fin. El control de humos recoge el diseño de las estrategias de actuación sobre los equipos y sistemas, que tienen por objeto llevar a cabo la evacuación de los humos. Entre las posibles herramientas para el estudio del control de humos son necesarias las más avanzadas técnicas fluidodinámicas y de simulación numérica, pues se trata de un problema complejo donde es preciso conocer la evolución del incendio cuantificada en los valores numéricos de todas las variables características con un elevado nivel de precisión. Las Pautas de Actuación precisan considerar los casos probables más críticos que pudieran tener lugar en caso de un incidente con incendio. Ello supondrá analizar un gran número de escenarios de incendio cruzados con distintas condiciones de ventilación y ambientales. Del análisis de todo ello se obtendrán las mencionadas Pautas de Actuación. Los modelos numéricos empleados en las simulaciones que han servido para diseñar el sistema de ventilación y sus Pautas de Actuación en caso de incendio, requieren la necesaria correlación mediante ensayos reales, sin la que su validez es, cuando menos, cuestionable. Este es uno de los objetivos perseguidos por los ensayos en túneles. Ensayos en túneles: El objetivo del ensayo de incendio en un túnel es la verificación de la Seguridad Ante Incendio, relativa al control de humos del túnel, mediante la realización de una prueba que permita validar las Pautas de Actuación ante incendio del sistema de ventilación. El hecho de realizar ensayos de incendio en túneles, bien sean túneles ya en servicio, o túneles de obra nueva, es una necesidad ineludible, ya que es la única manera de: * Verificar de forma real las prestaciones del sistema de “Control de incendios” del túnel en las condiciones más próximas posibles a un incendio real; precisamente por ello el ensayo debe realizarse con humos calientes que se estratifiquen en el interior del túnel y tengan un comportamiento análogo al del incendio real, e incluso representen el peligroso efecto de difusión o “Back-layering”. * Validar el diseño del sistema de ventilación y sus pautas de actuación en caso de incendio. * Formar a los equipos de seguridad, extinción y rescate, tanto aquellos propios de la empresa explotadora, como a protección civil y bomberos, en una emergencia realista de incendio en el túnel, detectando así necesidades, oportunidades y carencias. * Mostrar a la sociedad una apuesta decidida por la seguridad de una infraestructura que despierta una sensibilidad especial en los conductores, agravada por las recientes catástrofes mencionadas anteriormente. Ensayo de Humo Caliente versus ensayo de Humo Frío: El ensayo de humo caliente es el único capaz de representar las condiciones de humo equivalentes a las del incendio real, haciendo que ese humo se estratifique en el túnel debido al poder ascensional derivado de su temperatura. Esta característica de los humos es esencial para poder representar uno de los fenómenos más críticos que se producen en los incendios en túneles, el efecto denominado “Back-layering” (ver Fig.1 y Fig.2), que supone la difusión aguas arriba del incendio (retroceso) de humo tóxico, que al enfriarse pudiera producir la asfixia de personas que teóricamente estarían a salvo por recibir aire impulsado por los ventiladores situados aguas arriba.



foto: Labein
Para una velocidad del aire inferior a un valor límite (que depende de la geometría del túnel, y de la potencia del incendio), el humo caliente en el techo del túnel se difunde aguas arriba, se diluye con aire y se enfría, y así comienza a caer en una zona teóricamente “segura”.



foto: Labein
Por el contrario, el ensayo de humo frío, producido por botes de humo a temperatura de generación de 40ºC, obviamente no podrá representar el fenómeno de “Back-Layering”, o retroceso de la nube de humos por el efecto térmico de la difusión (ver Fig. 3). Por ello ese ensayo no será válido en ningún caso para verificar las Pautas de Actuación ante incendio.



foto: Labein
EL “ENSAYO DE HUMO CALIENTE LIMPIO ®” DE LABEIN El objetivo de este ensayo es generar un caudal de gases limpios a temperatura similar a los producidos en un incendio real, consiguiendo así su estratificación y verificando el comportamiento de dichos humos cuando se actúa sobre el sistema de ventilación del túnel según la Pauta de Actuación prescrita. Cumplido el objetivo principal, este ensayo persigue dos objetivos operativos diferenciadores: * RAPIDEZ: este ensayo se ejecuta en un tiempo muy reducido, 8 horas, permitiendo a su conclusión la inmediata continuidad del uso del túnel. * LIMPIEZA: no se produce deterioro ni suciedad alguna sobre la estructura e instalaciones del túnel, lo que posibilita su inmediata apertura al tráfico tras el ensayo. El diseño del ensayo ha requerido complejas simulaciones numéricas, contrastadas con distintas pruebas reales de equipos prototipo; asimismo con el objeto de calibrar el equipo de ensayo ha sido preciso llevar a cabo una prueba real en un túnel, prueba que previamente se ha simulado mediante técnicas CFD. Esta prueba se realizó en el falso túnel P-11 del corredor del Txorierri en Vizcaya (ver Foto 2), por gentileza de la “Diputación Foral de Vizcaya”.



foto: Labein
Contenido del ensayo: El ensayo se basa en un equipo generador de humos calientes, y sus protocolos de desarrollo, calibración y utilización. Dicho equipo genera un caudal de gases limpios e incoloros, pero con temperatura suficiente para provocar su estratificación, procedente de la combustión de un fluido adecuado. Ese caudal es aumentado y hecho visible por la utilización de humos trazadores mediante un aporte secundario regulable en densidad y velocidad en el centro de la pluma de incendio, generando así un caudal total de diseño de humo que se estratifica en el túnel. En el ensayo se genera un caudal de gases de 20 m3/s durante 40 minutos, sobre una duración total del ensayo de 50 minutos. La potencia del incendio es de 2,2 MW (Energía equivalente a la puesta en juego en el incendio de un turismo durante 1 hora [1]). Es preciso seleccionar adecuadamente el punto de incendio con relación al escenario más critico y la Pauta de Actuación más desfavorable. La evolución de los humos se comprueba visualmente mediante el registro en vídeo con tres cámaras, una a cada lado del punto de ensayo y la tercera tras el incendio. En cada sección de control se habilita un poste con placas reflectantes a tres alturas, de esta forma las cámaras registran la disminución de su reflectividad, y así se constata la presencia de humo y su movimiento. Asimismo se monitorizan el punto de incendio y las secciones de control con mediciones de velocidad y temperatura de gases.



foto: Labein
EL ENSAYO DE HUMO CALIENTE LIMPIO ® DEL TUNEL DE LEZARRI (BERGARA) DE LA AUTOPISTA A1 El día 30 de Octubre de 2003 tuvo lugar en el Túnel de Lezarri, de la futura autopista A1 Eibar-Vitoria, sito en Bergara, un ensayo cuyo objetivo era la verificación de la Seguridad ante Incendio, relativa al control de humos, del citado túnel. La Diputación Foral de Guipúzcoa impulsando este ensayo, a pesar de la ausencia de una normativa específica que exija esta comprobación, ha dado un paso decisivo en la apuesta por contrastar con un simulacro real de incendio la seguridad de una infraestructura tan necesaria y tan sensible para los usuarios como es un túnel.



foto: Labein
En el presente ensayo participaron también el Servicio Foral de Prevención, Extinción de Incendios y Salvamentos de la Diputación Foral de Guipúzcoa, la UTE Gallastegi, e Idom. Exposición general El túnel de Lezarri tiene una longitud de 1.253 m, se encuentra cercano a la localidad de Bergara en la futura autopista A1 Eibar- Vitoria. Consta de dos tubos gemelos unidireccionales, unidos por cinco galerías transversales de servicio (ver Fig. 5). Dispone de un sistema de ventilación longitudinal con diez ventiladores en cada tubo, que se instalan en grupos de dos por sección. Los ventiladores extremos están situados a 100 m de las bocas, y hay una distancia de 85 m entre grupos adyacentes.



foto: Labein
Al tratarse de un sistema de ventilación longitudinal, una vez detectado el incendio, la Pauta de Actuación pretende, en un primer momento, conseguir estabilizar el humo estratificándolo a suficiente altura como para no poner en peligro la evacuación de las personas involucradas en el accidente. Posteriormente, cuando dicha evacuación ya se haya completado, se actuará sobre el sistema de ventilación para barrer el humo y favorecer así la actuación de los bomberos. El túnel cuenta con un centro de control sito en las proximidades del acceso por Bergara. En dicho centro de control se han habilitado los siguientes sistemas: * Recogida de datos de los sensores de control del túnel. * Cuadro de control que permite actuar sobre los sistemas de ventilación. * Comunicación entre el túnel y el centro de control por sistema de megafonía, señales, y órdenes en paneles luminosos. La mesa de control del ensayo se ubica dentro del túnel, en el tubo adyacente al del ensayo. Desde ella se dirige el ensayo mediante la infraestructura necesaria que permite: * Controlar todos los parámetros del incendio. * Visualizar el punto de incendio. * Controlar la seguridad del ensayo. El punto de incendio se sitúa en el tubo izquierdo del túnel de Lezarri, sentido Eibar-Bergara, en el punto PK 1+340 (aproximadamente en la mitad del túnel). Las secciones de control tomadas respecto al punto de incendio, son las siguientes: S1(-100m), S2 (-50m), S3 (+50m), S4 (+100m). En cada sección de control se encuentran los necesarios equipos para las mediciones de velocidad de aire y temperatura, así como las cámaras de registro de vídeo. El protocolo de seguridad del ensayo fue diseñado por LABEIN y validado conjuntamente con el “Servicio Foral de Prevención, Extinción de Incendios y Salvamentos de la Diputación Foral de Guipúzcoa”, que asimismo estuvieron presentes en el ensayo. Secuencia del ensayo La secuencia de ensayo relativa al Escenario y Pauta de Actuación seleccionados fue la siguiente:



foto: Labein

* Se comprobó que la Pauta de Actuación en caso de incendio en el túnel es correcta en lo que a control de humos se refiere, ya que permite realizar una evacuación segura. Se detectaron e implementaron pequeñas mejoras. * Se realizó en tiempo muy reducido. * No se deterioró ni ensució el túnel. permitiendo continuar el plan de obras inmediatamente. CONCLUSIONES A nuestro juicio este ensayo viene a cubrir la necesidad largamente demandada de una prueba equivalente a un incendio real, en lo referido a la generación de humos calientes, con la que comprobar la prestación del sistema de seguridad ante incendio del túnel. Y lo hace cumpliendo todos los requisitos exigibles, tanto para túneles en servicio, como para aquellos de obra nueva, ya que en ambos casos no son admisibles tiempos largos de ensayo, ni deterioros o suciedades provocados por las pruebas. No es objeto de esta prueba el verificar el comportamiento estructural del túnel ante incendio, aspecto que requeriría un ensayo destructivo. El protocolo de ensayo es absolutamente flexible, permitiendo configurar una “solución a medida” para cada necesidad: túneles carreteros / de ferrocarril, túneles en servicio / obra nueva, túneles mono / bi-direccionales, túneles con ventilación longitudinal / semitransversal / transversal,…, la versatilidad del ensayo lo hace válido incluso para su utilización en edificios. Confiamos en la importante aportación del “Ensayo de Humo Caliente Limpio de LABEIN ®” a la cada vez más demandada comprobación de la seguridad diseñada en las infraestructuras y edificios, para poder así afirmar con garantías el cumplimiento del objetivo de la seguridad ante incendio que citábamos al comienzo de este artículo. Jesús de la Quintana Responsable de Ingeniería de Seguridad Ante Incendio LABEIN BIBLIOGRAFIA [1]. “Development of design rules for steel structures subjected to natural fires in closed car parks”. Technical steel research. European Comission. 1999. [2]. Atkinson Granham Wu, Y., Smoke Control in Sloping Tunnels, Fire Safety Journal, 27, 1996. [3]. Bear, Alan N., A Model for Predicting Fire Spread in Tunnels. Fire Sciences Vol. 15 July/August 1997. [4]. Wu Y., Bakar M. Z. A., Control of Smoke Flow in Tunnel Fires Using longitudinal Ventilation System – A Study of the Critical Velocity, Fire Safety Journal, 35, 2000.


Suplemento Temático: Sistemas de Emergencia


Fuente: Jesús de la Quintana
Fecha: 29/10/2004

   Mas artículos de Jesús de la Quintana , Mech. Eng.       Otros Expertos   

Este experto ha sido visto por 14597 personas.

© BELT.ES  Copyright. Belt Ibérica, S.A. Madrid - 2004. belt@belt.es