Los túneles son una pieza clave en la infraestructura, permitiendo la conectividad en zonas urbanas, interurbanas y mineras. Sin embargo, su diseño y construcción enfrentan desafíos únicos, especialmente en lo que respecta a la seguridad contra incendios. En ese sentido, el hormigón se convierte en un elemento clave para asegurar la seguridad y operatividad de este tipo de infraestructura en caso de un siniestro.
La importancia de los túneles -sean estos viales o mineros, por ejemplo- es que mejoran la conectividad de un sector (o el transporte de elementos para el desarrollo de un proyecto) al unir dos puntos a través de una obra que garantiza un tránsito más expedito. Cuando hablamos de obras ferroviarias subterráneas como las del Metro, el túnel se convierte en un elemento central de todo el proyecto.
En relación con los túneles viales, de acuerdo con información de la Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas (MOP), en la red Básica Vial Nacional existen actualmente 23 túneles en operación, representando una longitud total de 22.091 metros. Este número, sin embargo, sólo considera los túneles de la Red Vial Nacional y no los que corresponden, por ejemplo, a carreteras concesionadas, los incrementan esa cifra a más de 30 túneles viales en operación.
La mantención de este tipo de obras, entonces, es de suma importancia. Cualquier interrupción que sufra la operación del túnel, afecta gravemente la conectividad de un sector (en el caso de un túnel vial) o la operatividad de un proyecto. Esto es especialmente crítico si se produce un incendio en el túnel. Por lo mismo, las medidas de seguridad que se establezcan en el proyecto, como también, los materiales de construcción que se utilicen en su desarrollo son claves para asegurar la continuidad operacional del túnel.
Diego Olave, jefe de la Unidad de Ingeniería contra Incendios del Instituto de Investigaciones y Ensayos de Materiales (IDIEM), abordó en profundidad los problemas técnicos y normativos que afectan a los túneles en Chile, destacando el papel del hormigón como material estructural y su comportamiento frente a incendios.
Hormigón armado: material resistente al fuego y con espacio a mejoras
El hormigón armado es uno de los materiales más utilizados en la construcción de túneles debido a su resistencia estructural y su buen desempeño frente al fuego. Sin embargo, como explica Olave, este material no está exento de desafíos cuando se enfrenta a incendios severos, especialmente en espacios confinados como los túneles.
Diego Olave comentó que “uno de los principales inconvenientes que enfrenta el hormigón armado ante incendios es el fenómeno conocido como spalling o desconchamiento y más aún en túneles en donde la curva de incendio tiene una exigencia mucho mayor que la curva de incendio de la norma internacional ISO 834, descrita en la norma chilena NCh 935/1 y según la cual, se determina la resistencia al fuego de soluciones constructivas”.
La aparición de este tipo de anomalía ocurre cuando el hormigón, al ser sometido a altas temperaturas, pierde humedad de forma abrupta, lo que genera tensiones internas que terminan por desprender capas del material. El spalling o desconchamiento no sólo reduce la capacidad estructural del hormigón, sino que también expone las armaduras de acero al fuego, comprometiendo aún más la estabilidad de la estructura.
“El spalling es un fenómeno complejo y en general depende de varios factores, por ejemplo: la humedad, la relación agua/cemento, el tipo de incendio, los agregados, la resistencia del hormigón (si esta es normal o alta), sección, recubrimiento, refuerzos, fibras, entre otros”, detalló el experto.
“Actualmente -agregó- existen medidas para mitigar este efecto. Por ejemplo, a través de la incorporación de un recubrimiento adicional de hormigón reforzado con fibras de polipropileno, lo que permite liberar la presión interna del hormigón producto de su exposición a altas temperaturas y evitar de esta manera su desprendimiento en una etapa temprana del incendio”.
Las fibras de polipropileno, explica el ingeniero, tienen un punto de fusión de 160 °C, aproximadamente. “Por ende, cuando estas son expuestas al incendio, se funden dejando una red de canales internos que facilitan la liberación de la presión de vapor. Por otro lado, en el caso de las fibras de acero aún no se tienen antecedentes que permitan una mejora evidente en la resistencia del hormigón al spalling”.
“Si bien el hormigón armado tiene un buen desempeño al fuego, no es combustible y es uno de los mejores materiales que hay, tiene un tema relacionado con el spalling. Este desconchamiento puede ocurrir en etapas tempranas del incendio, afectando la estabilidad de la estructura”, añadió.
Vacíos normativos en la resistencia al fuego del hormigón armado
En Chile, si bien existen cuerpos normativos que regulan ensayos de elementos de construcción en general, no existe una normativa específica para calcular la resistencia al fuego de elementos de hormigón armado en túneles. Las normativas internacionales, como los códigos que elabora el American Concrete Institute (ACI) y Eurocódigos, establecen recubrimientos mínimos para las armaduras de acero, pero estos no son suficientes para casos de incendios severos, como los que pueden ocurrir en túneles.
“Los recubrimientos que establece la normativa nacional son adecuados para condiciones normales, pero no para incendios de alta severidad y de larga duración (60-120 minutos). En estos casos, los recubrimientos mínimos no son suficientes para proteger las armaduras de acero”, explicó el ingeniero.
Ante esta carencia en la regulación, instituciones como IDIEM han adoptado criterios extranjeros, como los establecidos en el Eurocódigo, para evaluar la resistencia que deben tener los elementos de hormigón armado a incendios de alta intensidad. Este estándar europeo considera factores como las dimensiones del elemento, los recubrimientos mínimos y la oxidación en caso de incendio. Sin embargo, la ausencia de una normativa local específica dificulta la implementación de soluciones adaptadas a las condiciones chilenas.
En ese sentido, Olave destaca que, en Chile, la única forma de evaluar la resistencia al fuego de un elemento de hormigón armado es mediante ensayos en laboratorio. Sin embargo, esto presenta limitaciones prácticas, ya que es imposible replicar en un laboratorio las condiciones reales de carga de un túnel o una estructura de gran envergadura.
“Para evaluar la resistencia al fuego de un muro de hormigón armado, tendríamos que llevar la carga del proyecto al laboratorio, lo cual es imposible en el caso de un edificio de 30 pisos o un túnel de gran tamaño”, comentó.
El comportamiento del hormigón en incendios de túneles
Los incendios en túneles tienen características muy diferentes a los incendios en edificios o espacios abiertos. Según Olave, los incendios en túneles suelen involucrar materiales como hidrocarburos, que generan una liberación de calor mucho más alta y rápida que los materiales celulósicos (como la madera) que predominan en incendios normalizados.
“El incendio en un túnel tiene una tasa de liberación de calor muy alta al inicio, especialmente si involucra un camión o un vehículo con hidrocarburos. Esto genera un incendio más intenso y de mayor duración que un incendio celulósico típico”, explicó.
Además, los túneles son espacios confinados, lo que limita la ventilación natural y dificulta la evacuación del humo y el calor. En casos de congestión vehicular, el riesgo aumenta significativamente, ya que un incendio inicial puede propagarse de vehículo en vehículo, generando un efecto dominó conocido como Travelling Fire.
“En un túnel congestionado, el incendio puede propagarse de vehículo en vehículo, y el fuego solo se detendrá cuando toda la carga combustible se haya consumido. Esto puede generar daños catastróficos a la infraestructura del túnel”, advirtió.
Soluciones técnicas: hormigón de sacrificio y placas ignífugas
Para mitigar los efectos de los incendios en túneles, el jefe de la Unidad de Ingeniería contra Incendios del IDIEM propone el uso de hormigón de sacrificio o placas ignífugas como medidas de protección estructural. Estas soluciones están diseñadas para proteger las estructuras principales del túnel, evitando que el spalling comprometa su estabilidad.
El ingeniero explica que este hormigón de sacrificio consiste en una capa adicional de hormigón que no tiene una función estructural, pero que actúa como una barrera protectora frente al fuego. De esta manera, el hormigón principal y las armaduras de acero permanecen protegidos durante el incendio.
Por otro lado, las placas ignífugas son materiales diseñados para resistir altas temperaturas y proteger las estructuras subyacentes. Sin embargo, en Chile, estas placas no han sido probadas para cumplir con los criterios de desempeño necesarios para evitar el spalling en incendios severos.
“Las placas ignífugas disponibles en Chile cumplen con criterios de compartimentación, pero no necesariamente son efectivas para evitar el spalling o desconchamiento del hormigón. Esto representa un desafío importante, ya que no existe una normativa que regule este aspecto”, subrayó Olave.
Además, Olave destaca la importancia de realizar ensayos específicos para validar el desempeño de estos materiales en condiciones de incendio. Sin embargo, llevar a cabo estos ensayos puede ser complicado y costoso, especialmente cuando se trata de estructuras grandes como túneles.
El impacto de los vehículos eléctricos en la seguridad de los túneles
El impulso de la electromovilidad, especialmente en el área del transporte público, como también, el incremento del uso de vehículos eléctricos, suponen nuevos desafíos en aspectos como la seguridad, especialmente cuando se habla de incendios en túneles viales.
Las baterías de litio, utilizadas en estos vehículos, presentan características de incendio muy diferentes a las de los combustibles tradicionales. Según Olave, los incendios de baterías de litio son extremadamente difíciles de controlar y requieren medidas específicas de protección y extinción.
“Los incendios de baterías de litio no se pueden apagar con agua y generan explosiones que pueden causar daños mayores. Esto plantea la necesidad de desarrollar nuevas estrategias de protección para los túneles, especialmente a medida que aumenta el uso de vehículos eléctricos”, puntualizó.
La importancia de los análisis de riesgos y la continuidad operacional
Otro aspecto fundamental que aborda el jefe de la Unidad de Ingeniería contra Incendios del IDIEM es la necesidad de realizar análisis de riesgos periódicos en los túneles. Estos análisis permiten identificar las probabilidades de que ocurra un incendio catastrófico y evaluar su impacto en la infraestructura y la operación del túnel.
“Es importante que los dueños de los túneles definan cuánto tiempo están dispuestos a tolerar que su infraestructura esté fuera de operación en caso de un incendio. Esto ayuda a determinar qué medidas de protección son necesarias y cómo se pueden implementar de manera eficiente”, señala Olave.
En este sentido, destaca que los túneles interurbanos, que suelen tener un mayor tráfico de camiones, presentan un riesgo diferente al de los túneles urbanos, donde predominan los vehículos livianos. Este tipo de análisis permite diseñar estrategias de mitigación específicas para cada tipo de túnel.
Desafíos futuros para la seguridad de túneles de hormigón armado
La seguridad contra incendios en túneles es un tema complejo que requiere soluciones técnicas, normativas y operativas. El hormigón armado, aunque es un material resistente, necesita medidas adicionales de protección para enfrentar los desafíos únicos de los incendios en túneles. Desde el uso de hormigón de sacrificio hasta la implementación de placas ignífugas, las soluciones deben adaptarse a las características específicas de cada túnel y a los riesgos asociados.
A medida que la infraestructura de túneles continúa creciendo y evolucionando, es fundamental abordar estos desafíos de manera proactiva, adoptando normativas específicas, realizando análisis de riesgos y desarrollando soluciones innovadoras. En un mundo donde la conectividad es esencial, garantizar la seguridad de los túneles no solo protege vidas, sino que también asegura la continuidad operacional de una infraestructura crítica para el desarrollo económico y social.
El desafío continúa evolucionando con nuevas tecnologías y patrones de uso, requiriendo una adaptación constante de las estrategias de protección. La seguridad en túneles seguirá siendo un campo en evolución, donde la innovación en materiales, sistemas de protección y estrategias de gestión jugarán un papel crucial en la protección de estas infraestructuras vitales y sus usuarios.
La experiencia acumulada y los avances tecnológicos sugieren que el futuro de la seguridad en túneles dependerá de la capacidad de integrar nuevas soluciones mientras se mantiene un equilibrio entre la protección efectiva y la viabilidad económica. “Este es un tema dinámico que requiere actualización y evaluación continua”, aseveró Olave.
