VENTILACION_DE_TUNELES_Tecnicas_para_su

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Explotación de Túneles. Seguridad e Instalaciones
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FUNCIONES E IMPORTANCIA DE LA 
VENTILACIÓN
FUNCIONES
• Renovación del aire
• Dilución de gases contaminantes y hollines
• Control de los humos en caso de incendio
IMPORTANCIA
• Asegura unas condiciones ambientales no peligrosas para la 
circulación (respiración y visibilidad)
• En caso de incendio garantiza las condiciones de evacuación y de 
intervención de los equipos de emergencia
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¿CUÁNDO ES NECESARIA LA VENTILACIÓN 
DE UN TÚNEL?
RD 635/2006 establece necesidad de ventilación para todos 
los túneles de más de 500 m y para los urbanos con longitud 
entre 200 y 500 m con su correspondiente sistema 
automático de control . Debe analizarse control de 
contaminantes en situación normal de tráfico y congestionado, 
así como el control de calor y humo en caso de incendio.
Se establece un incendio tipo de 30 MW y caudal de humos 
de 120 m³/s.
Se restringe la ventilación longitudinal en túneles 
bidireccionales o con posibilidad de congestión, salvo 
reducción de distancias de evacuación, gestión de tráfico y 
extracción intermedias de humos.
Para los sistemas de ventilación semitransversal o transversal 
debe poder controlarse la velocidad longitudinal del aire.
Se dispondrán sistemas que eviten la propagación de humo y 
calor a las salidas de emergencia.
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TIPOS DE VENTILACIÓN
• Longitudinal
• Longitudinal con extracciones masivas
• Semitransversal-pseudotransversal
• Transversal
• Ventilación con pozos
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CONDICIONANTES DEL DISEÑO DE LA 
VENTILACIÓN
• Longitud del túnel
• Sección longitudinal y transversal del túnel
• Tráfico unidireccional o bidireccional
• Probabilidad de congestión en el interior
• Sistema de control y cierre de accesos
• Composición de vehículos
• Potencia del incendio probable
DIFERENCIA ENTRE TÚNEL URBANO – NO URBANO
• ¿Disposición respecto al casco urbano? No determinante
• Intensidad de tráfico alta Urbano
• Posibilidad de congestión en el interior (establece unos 
condicionantes muy exigentes de control de gases y de humo en 
caso de incendio)
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DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE LA 
VENTILACIÓN
Para cada túnel se deben comprobar los siguientes factores en los 
distintos casos previsibles:
• Número adecuado de veces que se renueva el aire
• Adecuada dilución de gases contaminantes (CO y NO)
• Mantenimiento de la visibilidad (dilución de hollines)
• Control de los humos de incendio durante la fase de evacuación
• Expulsión de los humos para facilitar el trabajo de los bomberos
Lo ideal es los distintos casos estén equilibrados entre sí (sobre todo 
incendio y CO)
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PROCEDIMIENTOS POSIBLES DE CÁLCULO
• Modelos simplificados
• Modelos unidimensionales
• Simulación por ordenador
Todos ellos requieren verificación del programa y de la exactitud de 
los resultados.
Se debe comprobar la adecuación del modelo mediante ensayos 
reales, antes de la puesta en marcha del túnel
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FACTORES QUE SE DEBEN INCLUIR EN EL 
CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO
• Características y disposición de los ventiladores
• Viento o diferencias de presión entre las bocas
• Rugosidad de las paredes del túnel
• Efecto ascendente del humo
• Número y dimensiones de los vehículos que pueden estar en el 
interior del túnel
• Cálculo y obtención de la velocidad crítica
• Pérdidas en conductos, galerías, silenciadores y rejillas
• Para el caso de incendio las características del incendio previsible
• Para el caso de contaminantes y visibilidad la proporción de los 
distintos tipos de vehículos (gasolina, diesel, ligeros, pesados,…) y 
las velocidades e intensidades medias previsibles
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PRECAUCIONES EN EL 
DIMENSIONAMIENTO DE LA VENTILACIÓN
• Los ventiladores deben estar adecuadamente separados de los 
paramentos
• Debe establecerse una adecuada separación entre ventiladores
• Los ventiladores situados sobre un incendio o muy próximos a él no 
deben ponerse en funcionamiento y por tanto no se deben 
considerar en el cálculo
• En caso de conductos se debe procurar no realizar cambios 
bruscos en la dirección o sección
• Establecer silenciadores al exterior y al túnel
• Las rejillas exteriores tienen limitada las velocidades (influye en el 
área)
• Procurar no establecer velocidades muy elevadas en conductos 
para disminuir pérdidas, ruidos y vibraciones
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EVITAR RECIRCULACIÓN DE AIRE
Evitar la recirculación de gases o humos entre tubos (bocas y puntos 
intermedios)
Siempre que se pueda transformar los túneles bidireccionales en 
unidireccionales
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SISTEMAS DE CONTROL DE LA VENTILACIÓN
• Detectores de CO y NO
• Opacímetros
• Anemómetros (interiores y exteriores)
• Estaciones meteorológicas en las bocas
• Sistemas de detección de incendios
Posibilidad de sistemas de detección de 
incidencias mediante CCTV
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AUTOMATISMOS DE CONTROL
El sistema debe automáticamente mantener las siguientes 
condiciones:
• Número adecuado de renovaciones de aire
• Mantenimiento dentro de los parámetros establecidos los niveles 
de gases contaminantes y opacidad
• En caso de incendio establecer las condiciones más seguras 
(función de la localización del incendio, circunstancias del tráfico, 
…) y establecer un control de la velocidad longitudinal
• Debe evitarse que el control de contaminantes pudiera afectar 
negativamente en el inicio de un incendio
El operador debe poder actuar sobre el sistema, modificando los 
diversos parámetros y confirmando las actuaciones que sean 
críticas
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ALGORITMOS DE CONTROL
Es mejor establecer algoritmos de control, que sistemas 
basados en casos y tablas (simplificar la programación). 
Algunas posibilidades son:
• En condiciones normales mantener una velocidad de aire en 
el interior que garantice una adecuada renovación y calidad 
ambiental y que mejore la respuesta inicial ante un incendio
• En caso de elevarse los valores de CO, NO o opacidad ir 
encendiendo progresivamente la ventilación (controlando 
tendencias y concentraciones)
• En caso de incendio establecer el número y sentido de los 
ventiladores predeterminados y realizar variaciones 
progresivas para mantener las condiciones deseadas 
(velocidad longitudinal en cada sección o flujo en los puntos 
de extracción)
Es necesario (y difícil) verificar el adecuado funcionamiento 
del software
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OTRAS ACTUACIONES DEL SISTEMA DE 
CONTROL RELACIONADAS CON LA 
VENTILACIÓN
El sistema de control del túnel debe poder establecer 
automáticamente algunas actuaciones sobre el resto de 
sistemas en función de las condiciones ambientales y sobre 
todo en caso de incendio:
• Cierres parciales o totales de las bocas
• Paneles y señales de límite de velocidad o de advertencia
• Iluminación y señalización de emergencia
• Cierres de compuertas cortafuegos
• Establecer ventilaciones de sobrepresión de vías de 
evacuación
• Mensajes megafonía y radio
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EMISIÓN DE GASES CONTAMINANTES
• Las emisiones contaminantes de los vehículos son 
principalmente CO2, CO, NO y NO2, además de otros 
subproductos
• Los productos tóxicos son el CO y el NO2, por lo que es 
importante medir su concentración en el interiordel túnel. 
Normalmente la relación entre NO2 y NO es fija, por lo que 
se suele medir este último al ser más abundante
• La emisión de estos productos por los vehículos depende de 
diversos factores: año fabricación, tipo de combustible, tipo 
de de motor (catalizado o no, inyección,…), vehículo pesado 
o ligero, velocidad, altura, pendiente,…
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TOXICIDAD Y LÍMITES ADMISIBLES DE LOS 
GASES CONTAMINANTES
• El CO es tóxico debido al bloqueo que produce sobre la 
hemoglobina y que impide el transporte del oxigeno en la 
sangre y causa la asfixia (es el causante del 75 % de las 
muertes por incendio)
• El NO no es directamente tóxico, pero en reacción con el 
ozono y en función de la humedad y temperatura se forma 
NO2 que tiene efectos cancerígenos
• La nocividad de cualquiera de estos gases es función de su 
concentración y tiempo de exposición a dicha atmósfera (en 
cuanto al CO se admiten 20-30 ppm para una permanencia 
estable de 8 horas y 100-150 ppm para tiempos inferiores a 
30 min., para el NO los límites se establecen en 15 ppm 
equivalentes a 1,5 ppm de NO2
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DESCRIPCIÓN DE UN INCENDIO TIPO
• Durante un incendio se produce una reacción química entre el 
combustible y el oxigeno del aire que suele desprender calor intenso, 
luz y humo. Normalmente se manifiesta con incandescencia o llama
• Los subproductos más importantes son: CO, CO2, H2O, NO, SO2, 
hidrocarburos sin quemar, hollín y cenizas
• Un incendio de un vehículo ligero son unos 5 MW, un camión o 
autobús unos 30-40 MW y un vehículo de mercancías peligrosas unos 
100 MW
• La cantidad de humo que se produce depende de diversos factores 
(altura de la capa de humo, combustible, adecuada combustión,…) 
siendo su valor aproximadamente de 30, 80 y 300 m3/s (para los casos 
del párrafo anterior) y su temperatura oscila entre 300 y 1200 ºC 
disminuyendo progresivamente al alejarse del incendio debido a 
radiación, transmisión con las paredes y mezcla de aire frío (fenómeno 
que provoca un incremento del volumen)
• Hay que aportar aire fresco a la zona de combustión para evitar una 
mala combustión: mayor cantidad de humo y de gases tóxicos
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HUMO EN CASO DE INCENDIO
Se emite mucho humo en caso de incendio
En trenes reducción de materiales inflamables y características de baja 
emisión de humos y de gases tóxicos (¿en los coches?) 
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LA MUERTE EN CASO DE INCENDIO
El humo no deja ver e impide la evacuación (facilitar la misma)
Al no poder salir el CO mata
La llama asusta, pero raramente mata
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VENTILACIÓN LONGITUDIDAL
• Se disponen ventiladores axiales (de chorro) en el interior del 
túnel. El aire se impulsa desde una boca hasta la contraria
Recomendado para túneles de circulación unidireccional no 
muy largos o bidireccionales cortos
Ventajas: gran ahorro de energía, ya que una parte del tiempo 
es suficiente con la energía dinámica de los vehículos
Inconvenientes: en caso de congestión es difícil controlar las 
condiciones de ventilación
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TÚNEL CON VENTILACIÓN LONGITUDINAL
Los ventiladores de chorro (reversibles) proporcionan la energía para 
inducir el movimiento longitudinal del aire
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VENTILACIÓN LONGITUDIDAL CON 
EXTRACCIONES MASIVAS DE HUMO
• Igual que la ventilación longitudinal, pero se sitúan pozos 
intermedios de ventilación donde, en caso de incendio, se 
expulsa el humo al exterior
Recomendado para túneles de circulación unidireccional 
largos
Ventajas: las mismas que la ventilación longitudinal y con 
posibilidad de realizar túneles de mayor longitud
Inconvenientes: los mismos que en la ventilación longitudinal 
más la necesidad de situación de pozos de ventilación que 
raramente se usan
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TÚNEL CON VENTILACIÓN LONGITUDINAL CON 
EXTRACCIONES MASIVAS DE HUMO (EN CASO DE 
INCENDIO)
Los ventiladores de chorro (reversibles) proporcionan la energía para 
inducir el movimiento longitudinal del aire. En caso de incendio el humo 
se extrae por el pozo más cercano aguas abajo
Pozo de 
extracción 
(caso de 
incendio)
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VENTILACIÓN SEMITRANSVERSAL O 
PSEUDOTRANSVERSAL
• Se disponen conductos con rejillas a lo largo del túnel 
conectadas con estaciones de ventilación exteriores. En cada 
tramo de conducto conectado a un ventilador se puede 
impulsar o extraer aire en función de las necesidades de cada 
instante
Recomendado para túneles de circulación bidireccional largos 
o unidireccional con posibilidad de congestión o muy largos
Ventajas: se puede obtener una buena extracción del humo 
en caso de incendio, manteniendo una adecuada visibilidad
Inconvenientes: encarecimiento por conductos, dificultad de 
puesta en marcha, elevado gasto energético, dificultad de 
establecer redundancias y márgenes de seguridad en el 
sistema
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TÚNEL CON VENTILACIÓN SEMITRANSVERSAL
Normalmente el aire se introduce en toda la longitud del túnel y sale por 
las bocas. En caso de incendio se extrae el humo en la zona 
correspondiente (máximo 600 m alrededor del foco)
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VENTILACIÓN TRANSVERSAL
• Se disponen conductos con rejillas a lo largo del túnel 
conectadas con estaciones de ventilación exteriores. En cada 
tramo del túnel se disponen dos conductos conectados a dos 
ventiladores, uno de ellos impulsa aire por la parte inferior del 
tubo, mientras que el otro lo extrae por la parte superior
Recomendado para túneles de circulación bidireccional largos 
o unidireccional con posibilidad de congestión, muy largos o 
con configuración complicada por múltiples enlaces
Ventajas: permanentemente se pueden obtener unas 
condiciones ambientales óptimas (tanto en caso de incendio, 
como por gases contaminantes)
Inconvenientes: encarecimiento por conductos, dificultad de 
puesta en marcha, elevado gasto energético, dificultad de 
establecer redundancias y márgenes de seguridad en el 
sistema
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TÚNEL CON VENTILACIÓN TRANSVERSAL
El aire se introduce y extrae de manera uniforme en toda la longitud del 
túnel por conductos superiores e inferiores
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VENTILACIÓN MEDIANTE POZOS SITUADOS 
A INTERVALOS REGULARES
• Únicamente se disponen, a intervalos regulares, pozos de 
ventilación que posibilitan la impulsión o extracción de aire 
desde el exterior. Mediante la reversibilidad de los ventiladores 
se pueden combinar adecuadamente los pozos que extraen y 
los que impulsan para realizar un barrido completo del túnel o 
de los humos en caso de incendio
Usado en túneles ferroviarios urbanos (metros y cercanías)
Ventajas: fácil configuración y funcionamiento. Se suele 
impulsar en las estaciones (garantizando su ventilación y 
acondicionamiento) y extraer en los puntos intermedios del 
túnel
Inconvenientes: dificultad de control para asegurar 
velocidades en el túnel y de control de humos en 
determinadas condiciones de incendio
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VENTILACIÓN CON POZOS
Se disponen pozos donde se introduce o extrae el aire
Es difícil asegurar el correcto barrido de todas las zonas
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APROVECHAMIENTO DE ENERGÍA
En túneles unidireccionales la circulación de los vehículos provoca una 
corriente quesólo es aprovechada en la ventilación longitudinal y dificulta 
la regulación de las ventilaciones semitransversal y transversal
Para determinadas condiciones puede no requerir apoyo de ventiladores 
para dilución de gases
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VELOCIDAD CRÍTICA
• Velocidad del aire en un túnel a partir de la cual no se produce 
retroceso del humo en sentido contrario
A velocidades inferiores parte del humo avanza en sentido 
contrario al deseado
A velocidades mayores no se produce retroceso de la capa de 
humo, pero si la velocidad es muy alta se producen 
turbulencias y ocupación completa del tubo por el humo. 
Velocidades muy altas producen disminución de temperatura, 
aunque pueden provocar propagación del incendio
En condiciones normales, al impulsar a velocidades bajas el 
humo se mantiene estratificado en la parte superior del túnel 
hasta unos 400 m, manteniendo adecuada visibilidad para 
evacuar (se deben evitar irregularidades, turbulencias, chorros 
de ventiladores próximos,…)
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eguridad e InstalacionesEn condiciones ideales, sin hacer nada, el humo se mezcla con el resto 
del aire, se enfría y cae. A partir de este punto es imposible la 
autoevacuación. A continuación el incendio no tiene oxígeno, emite mayor 
cantidad de CO y humo.
INCENDIO NORMAL
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eguridad e InstalacionesEn un buen diseño y ejecución de la ventilación longitudinal se puede 
conseguir una adecuada estratificación del humo que permita la 
evacuación hasta 400 m del foco del incendio
ESTRATIFICACIÓN DEL HUMO
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EXTRACCIÓN DEL HUMO MEDIANTE 
CONDUCTOS (SEMI Y TRANSVERSAL)
Según diversos ensayos se debe extraer la capa de humo en 
tramos de no más de 600 m (ya que si no el humo se 
enfriaría y caería, no pudiendo extraerlo, en consecuencia, 
en las correspondientes rejillas superiores)
El sistema se complica enormemente si es necesario 
disponer conductos de mayores longitudes, ya que es 
necesario situar todas las rejillas con compuertas 
motorizadas y un preciso control en función del punto exacto 
del incendio
El dimensionamiento de los conductos y rejillas debe ser el 
adecuado para el humo producido por un incendio con la 
potencia prevista, con un margen adicional para el aire limpio 
extraído y la posible aportación de los cantones laterales
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TUNEL CONGESTIONADO – NO 
CONGESTIONADO
La posibilidad de congestión de un túnel establece una pequeña 
diferencia para la ventilación de gases y hollines y una muy grande 
para las posibilidades de control de humos en caso de incendio
Si no se asegura un correcto control de los humos en caso de 
incendio se deberán establecer medidas para control de las bocas y 
evitar la congestión
Para el sistema de control automático de la ventilación se deben 
establecer los procedimientos más adecuados en función de las 
condiciones del túnel (dificultad de determinar automáticamente con 
precisión y fiabilidad la congestión o no de un túnel)
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TÚNEL CON CONGESTIÓN
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Dependiendo de distintos parámetros esta condición puede llegar a hacer 
inviable la ventilación longitudinal e incluso la semitransversal
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GRÁFICOS DE CONCENTRACIONES DE 
GASES CONTAMINANTES PARA LOS 
DITINTOS TIPOS DE VENTILACÍÓN
VENTILACIÓN LONGITUDINAL
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VENTILACIÓN SEMITRANSVERSAL
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VENTILACIÓN TRANSVERSAL
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INCENDIO EN TÚNEL UNIDIRECCIONAL SIN CONGESTIÓN
Se puede extraer el humo o echarlo sin preocupación hacia alante
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INCENDIO EN TÚNEL UNIDIRECCIONAL CON CONGESTIÓN
La mejor manera de evacuar el humo es mediante su extracción en 
conducto superior, cualquier otra actuación debe ser analizada en detalle
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INCENDIO EN TÚNEL BIDIRECCINONAL
Este caso es siempre equivalente al caso del túnel congestionado, ya que 
tras el accidente es de suponer que se pararán vehículos en los dos 
sentidos, a los dos lados del incendio
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ALGUNOS SISTEMAS DE VENTILACIÓN 
PECULIARES
• En Japón se han dispuesto unas salas de ventilación donde se 
sitúan unos catalizadores para facilitar el paso de CO a CO2 y 
establecer una mayor zona de ventilación con menores conexiones 
con el exterior.
• En la M-30 se han dispuesto sistemas de filtrado electrostáticos en 
los pozos de extracción del aire y sistemas de filtrado de NO2. 
Además se ha realizado una configuración final transversal en 
Bypass y longitudinal con apoyo de pozos en zona de pantallas
• Se pueden disponer rejillas intermedias de conexión con el exterior 
que mejoren las condiciones de ventilación (configuraciones de falso 
túnel)
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CONSIDERACIONES PRIMORDIALES DE 
ACTUACIÓN ANTE UN INCENDIO EN UN 
TÚNEL
• Facilitar y asegurar la evacuación de las personas (pequeñas distancias 
entre vías de evacuación, mantenimiento de luz de guiado e 
iluminación general, señalización de evacuación y emergencia, avisos 
mediante paneles, megafonía, radio y señales,…)
• Evitar el aumento de la magnitud del siniestro (cierre inmediato de 
bocas, avisos de parada y evacuación, …)
• Quien no evacue durante los primeros 10 minutos es difícil que pueda 
conseguirlo.
• La ventilación va encaminada a mantener condiciones razonables de 
evacuación durante ese tiempo, posteriormente debe facilitar la 
actuación de los bomberos (liberación de humo del frente más 
favorable y disminución de la temperatura)
• Importancia en el tiempo de detección y, en menor medida, 
localización del incendio
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OTRAS CONSIDERACIONES PARA CASO DE 
INCENDIO
• Disposición y características de los equipos de extinción
• Planes de emergencia y preparación del personal
• Simulacros con todas las partes implicadas
• Resistencia al fuego de los distintos elementos
• Conveniencia de situar sistemas de apoyo al de detección de 
incendios (aumento de opacidad y/o de CO y detección automática 
de incidentes en CCTV)
• Posibilidad de establecer (fases de estudio) sistemas de extinción 
automáticos o cortinas cortafuegos y cortahumos
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SECUENCIA DE UN INCENDIO
Accidente o incidente
DAI lo detecta o no (en función del tráfico antes del mismo)
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SECUENCIA DE UN INCENDIO
Emisión de humo, en función de la ventilación, mejor o peor 
comportamiento del mismo (procurar ventilación normal homogénea con 
la de incendio)
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SECUENCIA DE UN INCENDIO
La gente involucrada intenta ayudar
Emisión de llama y calor
Si el incendio es pequeño y se dispone de los medios adecuados lo 
apagarán
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SECUENCIA DE UN INCENDIO
En caso de que en un primer intento no se apague el incendio se 
incrementará y emitirá más humo
La gente próxima inicia la huida
El sistema de detección de incendios da la alarma
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SECUENCIA DE UN INCENDIO
El humo se propaga
El Centro de Control inicia la secuencia de incendios
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SECUENCIA DE UN INCENDIO
Se activa la ventilación y se “controla” el humo
El resto de personas (lejos del incendio) inician la evacuación, dificultad 
de visión (alumbrado de guiado y señalización de evacuación)
Llegan los servicios de emergencias
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SECUENCIA DE UN INCENDIO
Los servicios de emergencias intentan controlar el incendio
Apoyar a los bomberos en su labor (ventilación, medios de extinción, 
cobertura de walkies, información y facilidad de accesos)
En caso de dificultad de control conocimiento de la resistencia estructural 
y consecuencias
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PRUEBAS FINALES
• Como en toda obra de instalaciones es fundamental el control de 
calidad, características y funcionamiento de cada uno de los equipos 
individualmente y de la instalación en su conjunto
• Se debe verificar el funcionamiento completo del equipo en modo 
local, remoto, centralizado y automático
• Se deben verificar y calibrar las medidas obtenidas por cada sensor y 
su representación y consideración en el centro de control
• Se debe verificar la bondad de los cálculos de diseño mediante la 
verificación en vacío de velocidades y mediante ensayos de humos 
calientes
• Se debe verificar el adecuado funcionamiento del software de 
automatización para la distinta casuística establecida
• TODO ELLO ANTES DE ABRIR EL TÚNEL (2-3 MESES 
MÍNIMO)
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ALGUNOS TÚNELES PROYECTADOS POR 
EUROESTUDIOS
CARRETERAS
• Bypass Norte de la M-30
• Eje Aeropuerto (M-12). Túnel más seguro de Europa
• Desdoblamiento de Pío XII
• Acceso a Santiago de Chile
• Arlabán y Zarimutz
• M-111
FERROCARRILES
• Atocha- Nuevos Ministerios
• Soterramiento Cercanías y L.A.V. Villafranca del Penedés
• Ampliación L7 de Metro de Madrid, Las Musas – San Fernando
• Túneles L.A.V. Tramo Buñol – Cheste
• Metro de Teherán
• Corredor de la Costa del Sol (San Pedro de Alcántara – Estepona)
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Explotación de Túneles. Seguridad e Instalaciones
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