Tema del curso emergencias bomberos. Sumario: Los incendios en túnel. Tipos de incendios en túneles. Causas de los incendios en túneles. Incendios en túneles de carretera. Incendios en túneles ferroviarios y de metro. Magnitudes de los incendios en túneles. Daños en la infraestructura del túnel. Fenómeno del desconchado [Spalling]. Teorías sobre el spalling. Protección contra el spalling. Efectos de incendios en túneles: Efecto Blacklayering. Efecto horno. Efecto cañón.
Tunnel fire online course. Summary: Tunnel fires. Types of fires in tunnels. Causes of fires in tunnels. Fires in road tunnels. Fires in railway and subway tunnels. Magnitudes of fires in tunnels. Risks to human life. Damage to the tunnel infrastructure. Spalling phenomenon [Spalling]. Theories about spalling. Protection against spalling. Effects of fires in tunnels: Blacklayering effect. Oven effect. cannon effect.
CURSO DE INTEVENCIÓN BOMBEROS EN INCENDIOS DE TÚNEL
Tipos y efectos de los incendios en túneles
1. LOS INCENDIOS EN TÚNEL
1.1 Incendios en túneles
La situación de mayor riesgo derivada de un accidente en un túnel es un caso de incendio.
Esto es debido a que los túneles, al ser cavidades muy aisladas del exterior, presentan el problema de la dificultad de eliminación del calor, el humo y las sobrepresiones.
1.2 Tipos de incendios en túneles
• Gases: Son los fuegos más peligrosos. Se mezclan íntimamente con el aire y su ignición puede provocar una explosión. Producen llamas.
• Líquidos: Estos fuegos son tanto más peligrosos cuanto más volátiles sean. Cuando se manejan a temperatura superior a la de inflamación, la mezcla de sus vapores con el aire puede inflamar con violencia, y si hay suficiente volumen de mezcla se pueden provocar explosiones. Producen llamas.
Sólidos: Son tanto más peligrosos cuando menos densos sean. Cualquier combustible reducido a polvo y dispersado en el aire (formando una nube), se inflama con violencia explosiva. Al arder normalmente producen llamas y brasas (excepto la cera, parafina y similares).
1.3 Causas de incendios en túneles
Ignición de un vehículo (con fugas de combustible)
- Por calentamiento del vehículo (Frecuente en túneles de montaña con rampas).
- Por problemas del circuito eléctrico.
Ignición de la carga
- Materiales combustibles (paja, margarina, neumáticos).
- Infrecuentemente mercancías peligrosas.
2. INCENDIOS EN TÚNELES DE CARRETERA
En los túneles carreteros la mayoría de los incendios son causados por fugas de combustible en los motores combinadas con sobrecalentamientos y/o problemas del circuito eléctrico.
Generalmente arde un solo vehículo, que a veces entra ardiendo en el túnel, el fuego puede ser controlado por los equipos de explotación del túnel (que a veces tienen su propio equipo automóvil de extinción o por los propios usuarios.
Se utilizan mucho los dispositivos de extinción fijos en el túnel: extintores portátiles, bocas de incendio equipadas.
- El incendio no tiene consecuencias graves. Arde un solo vehículo y el fuego dura minutos.
- El daño a la infraestructura del túnel suele ser mínimo y la circulación se reanuda en un par de horas como máximo.
Algunas veces la carga de un camión empieza a arder antes de la entrada en el túnel. Como ejemplo, el incendio de un camión cargado con paja o madera.
- El fuego dura bastante tiempo (varias horas) es difícil de extinguir y la circulación se interrumpe un largo plazo.
- El daño a la infraestructura del túnel depende de su vulnerabilidad y puede ser grave: en túneles con ventilación transversal o semi transversal parte del forjado superior de separación de aire se destruye.
Ventilación transversal
Ventilación semitransversal
Pero en los incendios graves, con víctimas, en túneles de carretera, autopista o autovía, la causa suele ser un accidente de tráfico previo.
- Generalmente arden varios vehículos, el fuego dura de varias horas a algunos días y es muy difícil de controlar por los bomberos, si es que llegan a tiempo y en condiciones de luchar contra el incendio.
Se sabe que en el interior de los túneles la seguridad vial es mayor que en el resto de la red. Aunque es difícil cuantificar la mejora puede estimarse que la probabilidad de un accidente de tráfico dentro de un túnel es bastante menor que fuera.
3. INCENDIOS EN TÚNELES FERROVIARIOS Y DE METRO
En los túneles ferroviarios y de metro la causa de casi todos los incendios es un fuego eléctrico, que se suele iniciar dentro de un vagón debido a defectos de funcionamiento en instalaciones secundarias.
- Por ejemplo el incendio del funicular de Kaprun, en Austria, se debió al sobrecalentamiento producido en un pequeño calefactor eléctrico instalado, fuera del diseño original, en la cabina de los conductores, a petición de ellos y el fuego del ferrocarril en el túnel Fukui se inició en una pequeña cocina eléctrica del coche restaurante.
Otras veces el fuego se inicia a partir de problemas de suministro eléctrico en la catenaria.
Pero un descarrilamiento puede ocasionar un fuego en trenes con mercancías inflamables (como por ejemplo en Baltimore: en 2001 un vagón de un tren de mercancías cargado con combustibles descarriló en el interior del túnel de Howard Street causando un monumental incendio que perturbó la vida urbana pero no produjo víctimas).
4. MAGNITUD DE LOS INCENDIOS EN TUNELES
La magnitud de un incendio en un túnel viene dada por su potencia, o tasa de liberación de calor (en inglés Heat Release Rate o HRR), que se expresa en MW.
- Evidentemente, cuanto mayor sea la potencia más destructivos serán los efectos del incendio, y más difícil será de controlar.
El principal combustible de los incendios en los túneles son los propios vehículos que circulan por el mismo. No sólo por el propio combustible de los motores de explosión, sino también por elementos que siempre están presentes como son aceites y grasas, ruedas, tapicerías, plásticos, etc.
A esto hay que sumar la carga que llevan los vehículos, y que muchas veces es altamente combustible, aunque dicha carga no esté catalogada como mercancía peligrosa.
En base a todo ello, puede deducirse que:
- La potencia de un incendio en un túnel es muy variable, pues depende de la carga de fuego y, como se verá más adelante, también del régimen de ventilación.
5. RIESGOS PARA LA VIDA HUMANA
5.1 Temperatura
El primer riesgo es el calor, ya sea dentro del incendio, ya sea dentro de sus proximidades.
El hombre no puede soportar temperaturas del aire del orden de 80º ni radiación de calor mayor de 2,5 KW/m².
Incluso los bomberos bien equipados con equipos ignífugos pueden trabajar con radiaciones de 5 KW/m², lo que les impide, en muchos casos, acercarse a un fuego bien desarrollado para combatirlo.
5.2 Inhalación de humos con gases tóxicos
El segundo riesgo, mucho más frecuente, es la asfixia por inhalación de humos con gases tóxicos (CO, NO, HCN, HCl…) producidos por la ignición.
La inmensa mayoría de las víctimas mortales lo son a causa del humo. Y el problema se agrava mucho por la falta de visibilidad.
Por eso una ventilación bien diseñada y bien manejada es la principal herramienta para salvar vidas dentro de un túnel en el que arde un incendio. Y que, conjuntamente, deba dotarse a los túneles de galerías de escape para facilitar el autorescate de los afectados en el plazo de tiempo más breve posible (por dar un número, antes de 8-10 minutos desde el inicio del fuego).
5.3 Daños en la infraestructura
El tercer riesgo es la caída de partes de la infraestructura del túnel construidas con hormigón y/o otros materiales ligeros.
Los forjados para ventilación y las placas ligeras sobrepuestas a los hastiales de túnel son dañados por el incendio y pueden ocasionar víctimas. Pero eso no ocurre en los primeros minutos, porque debe llegarse a los 300-400º grados de temperatura para que comiencen las caídas. Los bomberos son quienes corren este riesgo.
6. DAÑOS A LA INFRAESTRUCTURA DEL TÚNEL
Hay que considerar tres tipos de daños posibles:
- A las instalaciones y equipamientos de los túneles en la zona del incendio si no están especialmente protegidas.
- A la infraestructura “civil” complementaria (forjados, aceras, placas de revestimiento que no sean ignífugas…).
- A la infraestructura “civil” básica del túnel: el conjunto sostenimiento-revestimiento
Las instalaciones y equipamientos pueden dañarse si son afectados directamente por las llamas o por los humos calientes (por ejemplo los ventiladores pierden potencia con el calentamiento del humo).
El incendio puede afectar a la infraestructura “civil” complementaria. Las uniones de estos elementos con el sostenimiento-revestimiento del túnel suelen fallar si no están especialmente protegidas y las caídas presentan un riesgo adicional para los usuarios del túnel y para los miembros de las brigadas de bomberos.
El hormigón es un elemento que aguanta bastante bien los efectos del fuego.
- En términos generales su resistencia a compresión simple permanece más o menos constante hasta una temperatura de 300º, para disminuir después paulatinamente hasta anularse a unos 800º.
Pero el efecto es distinto para cada clase de hormigón. Por lo tanto su fusión está descartada en prácticamente todos los incendios, aunque puede suceder en incendios de cisternas de mercancías peligrosas (BLEVE en la terminología técnica).
6.1 El fenómeno del desconchado (spalling)
Un problema que puede producirse en un túnel con una estructura de hormigón durante un incendio es el desprendimiento de trozos de la superficie de la misma.
- Este fenómeno se conoce como desconchado, si bien está muy extendido el empleo de su denominación en ingles (spalling).
Teorías sobre la aparición del spalling:
• Aumento de la presión interna tanto del vapor como del agua intersticial del hormigón a causa de la elevación de la temperatura. Las dilataciones que podrían producirse con ello, así como la eventual migración del vapor y del agua hacia el exterior, se ven tanto más coartadas cuanto más compacta sea la estructura del hormigón, lo cual está asociado en general a una elevada resistencia.
• Dilataciones térmicas impedidas, que dan lugar a compresiones que pueden alcanzar valores muy importantes.
No es de descartar que en muchos casos el spalling se haya producido por la acción combinada de ambas causas.
• Aumento del volumen de armaduras: Otro factor que puede influir en el spalling es el diferente aumento de volumen de las armaduras con respecto al hormigón al calentarse.
- Como conclusión, puede afirmarse que los desconchados en un pavimento de hormigón como consecuencia de un incendio, en caso de producirse, tienen en general una importancia bastante menor que los de otras partes del túnel como puede ser el revestimiento o un falso techo.
Protección contra el spalling
La protección contra el “spalling” puede hacerse de muy diversas maneras:
- Aumentando el espesor del recubrimiento de las armaduras.
- Incluyendo en el hormigón fibras de polipropileno.
- Mediante la aplicación superficial de morteros ignífugos.
7. LOS EFECTOS DE INCENDIOS EN TÚNELES
7.1 Efecto Backlayering
Uno de los efectos relacionados con el humo y la ventilación que debemos conocer y prever es el llamado “backlayering” (retroceso del humo).
- Este fenómeno consiste en un retroceso de los humos calientes en dirección contraria a la dirección del viento o de la corriente de aire aplicada.
Tomando como referencia un túnel en el que tenemos un foco de incendio, los humos calientes producidos por nuestros foco ascenderán y cuando alcancen el techo, se repartirán a ambos lados del foco de calor (Considerando que no hay viento, un túnel horizontal y sin inclinación).
Si en estas condiciones, se aplica a una corriente de aire, los humos tenderán a moverse en la dirección del aire. Pero llegará un momento que los humos se enfriarán y comenzarán a bajar con lo que el plano neutro estará más cerca del suelo, siendo este un riesgo a tener en cuenta para la evacuación de las personas y para los servicios de extinción.
Esta disminución del plano neutro dependerá de la velocidad de la corriente que se aplique y se denominará velocidad crítica a aquella que velocidad longitudinal mínima que sirva para evitar el retroceso de los humos en dirección contraria a la corriente de aire.
- Si velocidad de la corriente de aire aplicada coincide con la velocidad mínima la distancia de retroceso será 0.
El humo en un túnel horizontal y en el que no exista una corriente de aire predominante o una dirección de ventilación, tiende a propagarse en ambas direcciones debido a los efectos de flotabilidad. Sin embargo, si existe una dirección de ventilación el humo seguirá la misma hacia la boca del túnel.
- Si la velocidad de ventilación no supera cierto umbral (velocidad crítica) el humo retrocederá arriba del incendio.
Para evitar el backlayering
Ya que dificulta las labores de extinción al romper el equilibrio térmico e inundar de humo la zona segura aguas arriba, la ventilación tiene que superar dicha “velocidad crítica”, de lo contrario la ventilación acabará por no poder movilizar el humo que se va enfriando conforme se aleja del incendio y que se va acumulando y descendiendo en la cabeza, formándose una capa cada vez más densa de humo que frena el avance del mismo.
Dependiendo de las dimensiones del túnel, si está revestido o no, la velocidad del aire, dimensiones del incendio, etc., el backlayering ocurrirá a una distancia entre 80 y 200 metros del incendio.
Pasados 5 ó 10 minutos desde el comienzo del backlayering, debido a la acumulación del humo y a la aparición de turbulencias debidas al choque del humo caliente con la pared fría, la estratificación del humo desaparecerá, y podemos encontrar el tubo inundado de humo completamente.
- Este efecto debemos conocerlo para poder anticiparnos a él, y prever nuestras maniobras teniendo en cuenta que si se produce hay que comunicarlo al centro de control del túnel por si pueden modificar la potencia de ventilación. O en su defecto, cambiar nuestra estrategia de intervención.
En un principio, la ventilación de emergencia adapta la velocidad para canalizar el humo manteniendo a su vez la estratificación, situándose entre 1 y 2 m/ seg., permitiendo que si existen personas aguas abajo del incendio, éstas puedan salir con seguridad.
Sin embargo, cuando se produzca el backlayering, la velocidad aumentará hasta una “velocidad crítica” de entre 2,5 y 3 m/seg., y en la mayoría de ocasiones el sistema será incapaz de mantener la estratificación del humo, por lo que aguas abajo se perjudican las labores de evacuación.
Por este motivo, los sistemas automatizados no se posicionan desde el principio en la velocidad crítica, en aras de facilitar primero la evacuación del tubo aguas abajo del incendio. Por eso, es importante disponer de un equipo de evacuación que aproveche esos primeros minutos de estratificación para inspeccionar y evacuar a las posibles víctimas que puedan existir aguas abajo del incendio.
Las personas muchas veces prefieren salir del túnel por la boca del mismo, e incluso desconocen que en el túnel existan salidas de emergencia. Un porcentaje además reacciona quedándose en el coche a la espera de ayuda de los servicios de emergencia, rechazando abandonar su vehículo, por lo que debemos prever esas dos circunstancias:
- personas vagando aguas abajo buscando la boca del túnel.
- otras que se han quedado confinadas en sus vehículos a la espera de ayuda o la normalización de la situación.
Aquellos que se decidan a buscar la salida, evacuarán por la salida de emergencia si son capaces de ver e interpretar la señalización de emergencia, o si se encuentran por casualidad la misma por el camino. De lo contrario continuarán hasta encontrar la boca del túnel.
7.2 Efecto horno
La concentración del humo y calor que se produce en el interior de un túnel, es debida a que no existe hueco alguno por donde pueda salir el humo y el calor de una forma inmediata y natural.
Esto genera el denominado “efecto horno”, que consiste en acumulación progresiva del calor, que se traduce en un aumento continuado de la temperatura.
Los incendios en túneles provocan un efecto térmico parecido al que ocurre en un horno.
En estas condiciones, los gases calientes generados por el incendio se acumulan en los alrededores de otros combustibles que existan cerca del foco (vehículos, equipos, etc.).
Debido al efecto horno, de la propia radiación térmica del incendio y de los gases calientes, esos combustibles progresivamente se acercan a su LII, pudiendo provocar el flashover.
El calor y el humo no se propaga de la misma forma que en un espacio más abierto o con mayor número de salidas y huecos ascendentes (como en un edificio), sino que tiende a acumularse y aumentar la temperatura de la zona.
Así que trataremos de evitar el flashover enfriando las capas altas de humo, y los materiales adyacentes.
7.3 Efecto cañón
Este efecto se presentará, cuando se produzcan explosiones, debidas, por ejemplo, a un incendio.
Imaginemos un camión-cisterna, que contiene un gas presurizado, que por efecto del calor del incendio explota, debido al aumento de la presión de vapor del gas que transporta.
No es difícil imaginar, que existiendo solo una cavidad lineal, esta, se comportará como si fuera el cañón de una escopeta.
Ello es debido, a que la sobrepresión generada por la explosión en el interior del túnel, solo puede liberarse hacia ambos lados a partir del punto de origen de dicha explosión.
Si tal explosión se produce, la sobrepresión creada, será mayor que si nos encontráramos a cielo abierto, con lo cual, los daños para las personas, debidos a la onda expansiva, serán mayores que en un lugar a cielo abierto.
También los objetos proyectados por la explosión, se concentraran, debido a que serán direccionados a través del túnel (como los perdigones de una escopeta).
Desorientación de los usuarios.
Otro problema importante, es la desorientación que se produce en las personas cuando pierden la visión, debido a la acumulación del humo producido durante un incendio.
Esta desorientación ocasionará, que no sepan hacia donde caminan o conducen, pudiendo generar nuevos accidentes. Serán pocos a los que se les ocurra salir palpando la pared, o caminando agachados para respirar un aire con menos humo, etc.
Comportamiento ingenuo de los usuarios.
Este comportamiento es muy grave, pues ha sido motivo de varias muertes en incendios recientes.
Hablamos de comportamiento ingenuo, cuando un usuario que está viendo fuego en un vehículo, se detiene e incluso se baja de su vehículo para contemplar mejor la escena, debido a la curiosidad que suscita lo inhabitual.
No estamos hablando de personas que cogen un extintor para intentar tratar de apagar el fuego, sino de personas espectadoras. Estas personas espectadoras, se ponen así mismas en grave peligro, por el hecho de permanecer en el interior del túnel y además, bloquean el paso a los vehículos que vienen detrás, con lo cual, también ponen en peligro a los demás usuarios.
Los usuarios, lo que deberían hacer, es evacuar inmediatamente el túnel incendiado.
