Pavimentos de hormigónPavimentos de hormigónen túnelesen túneles

Su influencia en la seguridadSu influencia en la seguridadfrente al fuegofrente al fuego

Carlos JofréCarlos JofréJoaquín RomeroJoaquín RomeroRafael RuedaRafael Rueda

IECAINSTITUTO ESPAÑOL DEL CEMENTOY SUS APLICACIONES

IECAINSTITUTO ESPAÑOL DEL CEMENTOY SUS APLICACIONES

Pavimentos de hormigónen túneles

Su influencia en la seguridadfrente al fuego

Carlos Jofré

Joaquín Romero

Rafael Rueda

IECAINSTITUTO ESPAÑOL DEL CEMENTOY SUS APLICACIONES

Editado por:

Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA)José Abascal, 5328003 MADRID

Diseño y maquetación:

Vaquero Servicios de Publicaciones, S.L.

Depósito Legal:

I.S.B.N.:

Índice

Prólogo

1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 Disposiciones en materia de seguridad en túneles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3 Curvas de fuego en túneles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4 Comportamiento del hormigón frente al fuego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

5 Comportamiento de las mezclas bituminosas frente al fuego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

6 Otras ventajas del empleo de pavimentos de hormigón en túneles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

7 Construcción de pavimentos de hormigón en túneles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

8 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Bibliografía consultada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Prólogo

Araíz de los incendios acontecidos en los últimos años en túneles europeos, se ha demos-trado la necesidad de adoptar una serie de medidas al objeto de reducir en lo posible losriesgos y los daños tanto a las personas como a la infraestructura. Ello se ha materializado

en España en el Real Decreto 635/2006 sobre requisitos mínimos de seguridad en los túneles de ca-rreteras del Estado, incluidos los de la red transeuropea.

Entre las disposiciones de dicho Real Decreto se encuentra la obligatoriedad de utilizar pavimentode hormigón en los túneles de más de 1.000 metros de longitud. El empleo de otras soluciones so-lamente puede adoptarse por razones debidamente justificadas y siempre y cuando éstas pre-senten una protección equivalente o mayor a la ofrecida por los pavimentos de hormigón, lo quedebe demostrarse mediante un análisis de riesgo.

Para aportar información sobre estos temas, en la presente publicación se examinan algunos tra-bajos e investigaciones sobre el comportamiento de los pavimentos de hormigón y de mezcla bi-tuminosa frente a los incendios, especialmente en túneles, incidiendo en especial en las cargasde fuego aplicadas, los métodos de ensayo empleados y las conclusiones a las que se llega encada uno de ellos.

Tanto de dichos estudios como del análisis de una serie de casos reales se deduce que los pavi-mentos de hormigón son los que proporcionan al usuario un mayor nivel de seguridad en caso deincendio, sobre todo en lo referente a la emisión de gases tóxicos, generación de humo, aumentode la carga de fuego y mantenimiento de su integridad y capacidad de soporte.

Se destacan también otras contribuciones de los pavimentos de hormigón a la seguridad de losusuarios, como son su gran luminosidad, la facilidad con la que pueden obtenerse unas adecua-das características antideslizantes o las mínimas necesidades de conservación, lo que evita tenerque realizar desvíos bajo tráfico.

Asimismo se dan algunas indicaciones sobre la ejecución de pavimentos de hormigón en túneles.En general son aplicables todos los métodos utilizados en carreteras al aire libre, con los lógicoscondicionantes que, al igual que con cualquier otro tipo de firme, imponen las limitaciones de es-pacio disponible. Por ello las dificultades de construcción no deberían ser un pretexto para plan-tear otras soluciones.

El Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA) confía en que esta publicación sea deutilidad para todas las personas interesadas en las técnicas de túneles, y en particular para los res-ponsables de su proyecto.

Juan Carlos López AgüíDirector general de IECA

La longitud total de túneles utilizados parael transporte de personas y mercancíasen toda Europa supera los 15.000 km, por

lo que se deduce claramente su importantepapel, incluso vital en algunos casos, en elconjunto de las infraestructuras de transporte.

Los túneles de carretera son elementos quepor sus singulares características dentro de lared viaria merecen una atención especial, noporque en ellos se produzcan más accidentesque en otros puntos del trazado de las carre-teras, sino porque cualquier incidencia graveque les afecte puede provocar alarma social,dadas las circunstancias concurrentes y espe-cíficas del lugar en que se produce, las dificul-tades de rescate o evacuación, el drama-tismo provocado por el confinamiento o eltrastorno que para el sistema de transportespuede suponer el cierre temporal de un tra-mo viario, en ocasiones con alternativas difí-ciles o inexistentes.

Los últimos incendios ocurridos en túneles eu-ropeos (Fig. 1) han demostrado la necesidadde adoptar una serie de medidas al objeto deminimizar los riesgos y los daños tanto a laspersonas como a la infraestructura, tal y co-mo se muestra en la Tabla 1 [1], [2].

Algunas investigaciones realizadas sobre elcomportamiento humano bajo condicionesde incendio reflejan que la mayoría de las

personas son conscientes de su entorno y desu situación en un principio, pero ésta se agra-va a los pocos minutos debido a la pérdidade visibilidad por el humo existente (éste des-ciende desde la clave del túnel a medidaque se enfría) que produce irritabilidad en losojos, dificultando la visión, así como al estrés

Fig. 1 - Incendios en los túneles de Mont-Blanc (arriba) ySan Gotardo (abajo)

1111Introducción

3

térmico producido por el calor irradiado porlos elementos que producen y aumentan lacarga de fuego.

En estas circunstancias, que evolucionan enpocos minutos, los usuarios del túnel solamen-te reaccionan frente a señales muy fuertes (lu-minosas y sonoras, estas últimas con la dificul-tad de que sean entendidas por conductoresextranjeros, especialmente en zonas turísticaso cercanas a fronteras), teniendo que tomardecisiones en un plazo muy breve de tiempo[3]. Resulta por tanto imprescindible adoptartodas las medidas que puedan contribuir a

que no se empeore la situación de los ocu-pantes de los vehículos ni de los servicios deemergencias. Una de ellas es la elección deun firme que sea incombustible, de forma queal ser sometido a las temperaturas que se des-arrollan en un incendio, no incremente la car-ga de fuego ni produzca humos o vaporestóxicos. Como se justificará en los apartadossiguientes, entre los materiales habitualmenteutilizados en las capas superiores de los firmesel hormigón es el único que cumple con estosrequisitos.

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Tabla 1 - Relación de algunos incendios recientes en túneles europeos

Lugar delaccidente Tipo de túnel Año Duración

TemperaturaDaños

personalesVehículos

implicados

FréjusFrancia-Italia

Carretera (1 tubo)12,9 km 2005 6 horas

1.200 ºC 2 muertos 9 vehículos

San Gotardo(1)

SuizaCarretera (1 tubo)

16,3 km 2001 24 horas1.200 ºC

11 muertos35 intoxicados

10 coches13 camiones

GleinalmAustria

Carretera (1 tubo)8,3 km 2001 37 minutos

- 5 muertos 2 coches

Tauern(2)

AustriaCarretera (1 tubo)

6,4 km 1999 14 horas1.200 ºC 12 muertos 24 coches

16 camiones

Mont-Blanc(3)

Francia-ItaliaCarretera (1 tubo)

11,6 km 1999 53 horas1.000 ºC 39 muertos 32 coches

2 camiones

PalermoItalia Carretera 1999 - 5 muertos 19 coches

1 autocar

(1) El incendio se produjo como consecuencia de un choque frontal entre dos camiones, lo que dió lugar aque murieran 11 personas por los efectos del humo y el calor. El cierre del tunel fué de unos 2 meses.

(2) El incendio tuvo lugar mientras se realizaban obras en su interior. Se estaba circulando de modo intermi-tente y en zonas de vehículos parados se produjo un alcance.

(3) El incendio fue provocado por sobrecalentamiento y posterior incendio de un camión que transportabamargarina. El túnel estuvo cerrado durante 3 años.

2222Disposiciones en materiade seguridaden túneles

Araíz de los hechos acontecidos en losúltimos años, se han prescrito unos re-quisitos mínimos de seguridad en los

túneles, mediante la aprobación de la direc-tiva 2004/54/CE del Parlamento Europeo y delConsejo de 29 de abril de 2004 para túnelesde la red transeuropea de carreteras [4].

En dicha directiva se indica que la seguridadde los túneles1 requiere una serie de medidasrelacionadas, entre otros aspectos, con su ge-ometría y diseño, los equipamientos de segu-ridad, incluida la señalización vial, la gestióndel tráfico, la formación de los miembros delos servicios de emergencia, la gestión de inci-dentes, la información dirigida a los usuariossobre la mejor manera de actuar en un túnel,así como una mejor comunicación entre lasautoridades responsables y los servicios deemergencia, tales como la policía, los bom-beros y los equipos de rescate (Fig. 2).

Como transposición al ordenamiento jurídicoespañol de la citada norma europea, así co-mo por la propia decisión de mejorar las con-diciones de seguridad en la red viaria y más enparticular en los túneles, se determinó la con-veniencia de regular, mediante la aprobacióndel Real Decreto 635/2006 de 26 de mayo [5],las condiciones de diseño y explotación de lostúneles de las carreteras del Estado, que englo-

ban no solo a los túneles incluidos en la redtranseuropea sino a todos los de la red estatal,al objeto de establecer los requisitos mínimosde seguridad.

En dicho Decreto se ha tenido en cuenta unhecho evidente: es preciso asegurar que to-dos los materiales que se empleen en la cons-trucción de un túnel presenten el máximonivel de seguridad en caso de incendio. En es-te sentido, una parte importante de la sec-ción transversal de un túnel de carretera estáocupada por el firme de la calzada. Los dosmateriales que pueden utilizarse en las capassuperiores de la misma son el hormigón y lasmezclas bituminosas. Sin embargo, mientrasque el primero es incombustible, la presenciaen las segundas de un derivado del petróleo,como es el betún, hace que puedan experi-mentar importantes degradaciones en casode incendio, aumentando la carga de fuego,

(1) De longitud superior a 500 metros

Fig. 2 - Ámbitos de actuación para la mejora de la seguridad en túneles

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emitiendo vapores tóxicos y perdiendo su in-tegridad estructural hasta transformarse en unconjunto de partículas sueltas.

Por ello, entre las medidas de seguridadadoptadas en dicho Decreto se establece enel apartado 2.3.1 del Anexo I del mismo lo si-guiente:

“Salvo razones debidamente justifica-das, en túneles de más de 1.000 metrosse empleará pavimento de hormigón ”

Por otra parte, en el artículo 4 se indica que:

“En los casos en que determinados re-quisitos estructurales de los establecidosen el anexo I sólo puedan satisfacerserecurriendo a soluciones técnicas de im-posible ejecución en la práctica o quetengan un coste desproporcionado, laautoridad administrativa a que se refie-re el artículo 5 podrá aceptar que seapliquen como alternativas otras medi-das de reducción del riesgo, siempre ycuando estas medidas den lugar a unaprotección equivalente o mayor. La efi-ciencia de dichas medidas deberá de-mostrarse mediante un análisis de ries-go, de acuerdo con lo dispuesto en elcapítulo IV”

En relación con el pavimento de hormigóncomo medida de seguridad y su posible susti-tución por otra solución, como por ejemplomediante el empleo de mezclas bituminosas,el propio Real Decreto indica que cualquiermodificación con respecto a las prescripcio-nes contenidas en el mismo solo será posible sila solución técnica es de imposible ejecución(no difícil o incómoda para el contratista por

el hecho de coexistir dos tipos de firme: unopara los túneles y otro a cielo abierto) o quetenga un coste desproporcionado (lo que nodebe confundirse con sobrecoste). Ello no esel caso con los pavimentos de hormigón, yaque, como se detalla más adelante, en suconstrucción puede recurrirse a todos los mé-todos utilizados en carreteras al aire libre; ypor otra parte su vida útil es igual o superior a30 años, con unas operaciones mínimas deconservación, por lo que su coste total es delmismo orden o incluso inferior que el de las al-ternativas con mezcla bituminosa.

Asimismo, en el supuesto de que no se den lascondiciones establecidas para justificar elcambio de pavimento (imposibilidad técnicade ejecución y coste desproporcionado), seaceptarán otras medidas siempre que denuna protección equivalente o mayor a la quesustituyen.

Con objeto de poder comparar el comporta-miento de las mezclas bituminosas y del hor-migón frente al fuego, y con ello la mayor omenor seguridad que aportan al túnel en casode incendio, en los apartados siguientes se re-sumen los resultados de varios ensayos e inves-tigaciones llevadas a cabo sobre este tema.

Dicho comportamiento debe evaluarse, aligual que ocurre con cualquier equipo de untúnel, sometiendo a los materiales del firme alas condiciones qué es razonable esperar quese alcancen durante un incendio. Por ello,puede ser de utilidad dar algunas informacio-nes sobre las denominadas curvas de fuego,es decir, las curvas de variación de la tempe-ratura con el tiempo que han sido definidasen distintas reglamentaciones.

6

3333Curvas de fuegoen túneles

En los últimos años se han llevado a cabodistintos trabajos de investigación a nivelinternacional con el propósito de mode-

lizar la evolución de la temperatura duranteun incendio, tanto en edificios como en túne-les.

Como consecuencia de los numerosos resul-tados obtenidos, se han desarrollado diferen-tes curvas tiempo/temperatura en función dela tipología de exposición analizada [6], tal ycomo se muestra en la Fig. 3.

La curva ISO 834 es la que se ha designadocomo de incendio normalizado en numerosospaíses, y refleja la evolución de la temperatu-ra en la ignición de los materiales de construc-ción empleados normalmente en edificación.

La curva HC corresponde a la combustión dehidrocarburos en pequeñas cantidades, co-mo por ejemplo en el caso de incendio dedepósitos de combustible de turismos o ca-miones cisterna que transporten combustibleso incluso ciertos productos químicos.

La curva HCM es una modificación de la curvade incendio de hidrocarburos HC, adoptadapor la reglamentación francesa, en la que sealcanza una temperatura máxima de 1.300 ºCen lugar de los 1.100 ºC de la curva HC.

La curva RABT-ZTV se obtuvo en Alemania co-mo resultado de una serie de ensayos realiza-dos dentro del proyecto europeo FIRETUN(Fires in Transport Tunnels). Su gradiente detemperatura en los primeros minutos se ase-

Fig. 3 - Curvas de fuego. Evolución de la temperatura según la tipología de incendio

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meja a los establecidos en las curvas HC yHCM, siendo más conservador que el adop-tado por la curva ISO 834.

La curva RWS ha sido desarrollada por el Mi-nisterio de Transportes Holandés y contemplael peor de los escenarios posibles: el incendiode un camión cisterna con 50 m3 de combus-tible que suponen una carga de fuego de 300MW durante 120 minutos. Dicha curva se ob-tuvo tras unos ensayos realizados en 1979 y sereconfirmó su validez como curva de diseñode resistencia al fuego para túneles de carre-

tera en las pruebas realizados a escala real enel túnel de Runehamar, en Noruega2.

La vigente legislación española en materiade seguridad en túneles establece que lossistemas de ventilación deberán poder ex-traer el humo para un incendio tipo con po-tencia mínima de 30 MW y un caudal mínimode 120 m3/s, lo que equivale a suponer el in-cendio de un camión de mercancías, tal ycomo se muestra en la Tabla 2 [7].

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Tipo de vehículo Potencia térmicaMW

Máxima temperatura enparedes del túnel

ºC

Producción dehumom3/s

Turismo 2,5 - 5 400 20

2 - 3 turismos 8 - 30

Furgoneta 15 - 50

Autobús 20 800 60 - 90

Camión de mercancias 20 - 30 1.000 60 - 90

Camión cisterna 100 - 300 1.200 - 1.400 > 100

Tabla 2 - Cargas de fuego en túneles

(2) Dentro del proyecto de investigación UPTUN(Cost-effective, Sustainable and Innovative Upgra-ding for Fire Safety in Existing Tunnels), financiadopor la Unión Europea, se realizaron en 2003 4 ensa-yos de incendio a escala real en el túnel de Rune-hamar (Noruega). Éste se encuentra situado en untramo de carretera que había quedado fuera deservicio por un cambio de trazado debido a undesprendimiento de rocas a cierta distancia del tú-nel, que se consideró insalvable

4444Comportamiento del hormigón frenteal fuego

4.1 Introducción

El hormigón es incombustible. Se ha dicho,con razón, que entre los materiales habitualesutilizados en construcción, es el que mejor re-siste el ataque del fuego [8]. Ejemplos como elincendio del edificio Windsor en Madrid lo handemostrado sobradamente[9]. No solamenteresistió la estructura de hormigón del edificio,evitando así una catástrofe de magnitud mu-cho mayor que la ocurrida, sino que su demo-lición fue realmente difícil y costosa, lo queprueba que el hormigón de la estructuramantenía, después del incendio, una resisten-cia considerable.

Este buen comportamiento de las estructurasde hormigón frente al fuego ha quedado demanifiesto no solamente en edificios, sino tam-bién en otros tipos de obras, como son los tú-neles. La conclusión obtenida de numerososcasos reales es clara [8]: los túneles sostenidoso revestidos con hormigón (ya sea éste prefa-bricado, encofrado o proyectado) son segu-ros, estructuralmente, frente a los incendios.No se ha producido en ningún caso el colap-so de la estructura del túnel, ni se tienen refe-rencias de muertes relacionadas con dañosen esta última.

Sin embargo, al verse sometido el hormigón atemperaturas elevadas, sus componentes pue-

den experimentar modificaciones importan-tes [10]: a partir de los 100 ºC el agua libre ocapilar incluida en la masa del mismo empie-za a evaporarse, retardando de esta forma sucalentamiento; entre 200 y 300 ºC la pérdidade agua es completa, sin que se aprecienaún alteraciones en la estructura del cementohidratado y sin que las resistencias disminuyande forma apreciable; de 300 a 400 ºC se pro-duce una pérdida de agua del gel de ce-mento, teniendo lugar una disminución másimportante de las resistencias y pudiendoaparecer las primeras fisuras en la superficie; alos 400 ºC una parte del hidróxido cálcico pro-cedente de la hidratación de los silicatos setransforma en cal viva; hacia los 600 ºC los ári-dos comienzan a expandirse, dando lugar atensiones internas que comienzan a disgregarel hormigón. El aumento de volumen es ma-yor en los áridos de tipo silíceo que en los ca-lizos, cuyo coeficiente de dilatación térmicaes como media un 35 % menor.

Aunque la variación de resistencia con latemperatura depende del tipo de hormigón,siendo menor en el caso de que los áridos se-an calizos, puede considerarse que a partir de500 ºC la disminución empieza a ser importan-te. Por ello, en la Instrucción EHE-08 [11] se ad-mite, para comprobar la capacidad resis-tente de una sección de hormigón que ha es-

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tado sometida a un fuego, el considerar unasección reducida obtenida eliminando, aefectos de cálculo, las zonas que hayan al-canzado una temperatura superior a 500 ºC.

Una observación a este respecto es que lastemperaturas mencionadas en los párrafosanteriores han de ser las reales del hormigón,y no las del ambiente o las de las llamas. Porello las consecuencias de un incendio desdeel punto de vista de la conservación de la re-sistencia y de la integridad de un elementode hormigón son mucho menos importantes.

Por otra parte, el hormigón es un material conuna conductividad térmica baja, lo que haceque el incremento de temperatura a travésdel mismo sea relativamente lento y las zonasinteriores no alcancen las mismas temperatu-ras elevadas de la superficie expuesta a lasllamas. A unos pocos centímetros de profundi-dad las temperaturas alcanzadas no disminu-yen prácticamente la resistencia del hormi-gón. Ésta es otra de las razones del excelentecomportamiento de las estructuras de hormi-gón en los incendios.

Hay que mencionar además que la progresióndel incremento de temperaturas es menor enun pavimento que en un elemento estructuralcomo una viga o un pilar, que pueden recibircalor por varias caras al mismo tiempo. Comopuede verse en la Fig. 4, tomada de la Ins-trucción EHE-08, en una losa la temperaturaa 2 cm de profundidad puede ser de 300 a400 ºC inferior a la de la superficie; y a 4 cm, de500 a 600 ºC menor. En el caso de que la tem-peratura de la superficie alcance un valor de850 ºC, únicamente los dos centímetros supe-riores estarían sometidos a temperaturas supe-riores a 500 ºC. Conviene mencionar a esterespecto que la propia Instrucción indica que

estas curvas son muy conservadoras. Por ello,en general los daños causados por el fuegoafectan solamente a una capa superficial depoco espesor

4.2 El fenómeno del desconchado (spalling)

Aparte de la pérdida de resistencia del hormi-gón en si, otro problema que puede producir-se en una estructura de hormigón durante unincendio es el desprendimiento de trozos dela superficie de la misma. Este fenómeno seconoce como desconchado, si bien está muyextendido el empleo de su denominación eningles (spalling).

10

Fig. 4 - Curvas de variación de temperatura con la profundidad en una losa de hormigón duranteun incendio (Instrucción EHE-08)

Se han desarrollado varias teorías para expli-car la aparición del spalling [12]:

• Aumento de la presión interna tanto del va-por como del agua intersticial del hormigóna causa de la elevación de la temperatura.Las dilataciones que podrían producirsecon ello, así como la eventual migracióndel vapor y del agua hacia el exterior, seven tanto más coartadas cuanto más com-pacta sea la estructura del hormigón, locual está asociado en general a una eleva-da resistencia.

• Dilataciones térmicas impedidas, que danlugar a compresiones que pueden alcanzarvalores muy importantes.

No es de descartar que en muchos casos elspalling se haya producido por la accióncombinada de ambas causas.

Los efectos del spalling son más visibles en elcaso de hormigones de alta resistencia, pu-diendo dar lugar incluso a desprendimientosexplosivos. Distintos ensayos han demostradoel efecto beneficioso que puede tener en losmismos el empleo de fibras de polipropileno[28] que puedan fundirse con temperaturasde solamente 160 ºC, proporcionando unavía de escape al vapor de agua, y reducien-do con ello los problemas de spalling. Otraposibilidad que se ha sugerido es la utilizaciónde aireantes, pues éstos crean un conjunto deburbujas en la red de capilares que puedenactuar como cámaras de expansión [12]. Enesta misma linea, en los hormigones que de-ben resistir a las heladas es una práctica usualincorporar aireantes para poder resistir las pre-siones internas provocadas por el aumentodel volumen del agua al congelarse.

Otro factor que puede influir en el spalling esel diferente aumento de volumen de las ar-maduras con respecto al hormigón al calen-tarse. En los pavimentos éste no es un temade importancia, pues o bien son de hormi-gón en masa o bien, en el caso de los pavi-mentos armados continuos, las armaduras sesitúan en el plano medio, con lo que se tieneun espesor de hormigón (normalmente entre9 y 13 cm) suficiente para minimizar los cam-bios de temperatura y resistir las presionesprovocadas por las armaduras al dilatarse.Por la misma razón, otro problema que pue-de presen- tarse como consecuencia de unincendio en una estructura de hormigón, co-mo es la pérdida de adherencia entre este úl-timo y las armaduras, es muy improbable quese produz- ca en los pavimentos continuos dehormigón armado.

Por otra parte, al contrario que en las paredeso en los techos de los túneles, en los pavimen-tos de los mismos no hay efectos como los dela gravedad o los de presión del terreno cir-cundante, que pueden favorecer que se des-prendan fragmentos.

La influencia de la resistencia mecánica en elcomportamiento de los hormigones frente alspalling se ha comprobado tanto en incen-dios reales como en ensayos de laboratorio.Han sido muy comentados los fenómenos despalling en el túnel del enlace ferroviario delCanal de La Mancha, en el que se empleó unhormigón de alta resistencia (80 MPa). Por elcontrario, tanto en el túnel del Mont-Blanccomo en el de San Gotardo, construidos ha-cía ya muchos años en el momento de pro-ducirse los incendios y probablemente porello con hormigones de menor calidad, la

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aparición de desconchados fue mucho másreducida [8].

Otros casos reales han mostrado el buencomportamiento frente a los desconchadosde los hormigones ordinarios, con resistenciasa compresión del orden de 30 MPa.

A nivel de ensayos pueden mencionarse losrealizados en Francia dentro del proyecto deinvestigación Feu – Béton (Fuego–Hormigón)[12]. De los resultados del mismo se conclu-ye que los hormigones de resistencia dehasta 60 MPa sometidos a una curva de fue-go del tipo ISO 834 no presentan un descon-chado significativo.

A los hormigones de firmes se les exigen unasresistencias a flexotracción de 4,0 a 4,5 MPa,que en compresión suponen valores del or-den de 25 a 30 MPa. A la vista de lo expuestoanteriormente, no parece que los descon-chados como consecuencia de un incendiopuedan suponer un problema importante enun pavimento de hormigón de un túnel.

Los autores de este trabajo han realizado asi-mismo ensayos de resistencia al fuego de hor-migones de pavimentos utilizando un hornodel tipo de los empleados para la determina-ción del contenido de ligante de las mezclasbituminosas por ignición de las mismas. Lasprobetas eran de 30 x 5 x 5 cm y antes de serensayadas se conservaron en cámara de cu-rado durante varias semanas para saturarlas.Sometidas a temperaturas entre 350 y 450 ºCdurante 40 minutos3 , no se observó ningúndesconchado, aunque sí una pérdida de ma-

sa debida a la evaporación del agua absor-bida (Fig. 5).

Como conclusión, puede afirmarse que losdesconchados en un pavimento de hormigóncomo consecuencia de un incendio, en casode producirse, tienen en general una impor-tancia bastante menor que los de otras partesdel túnel como puede ser el revestimiento oun falso techo.

El hormigón no afectado por temperaturaselevadas o por el spalling conserva práctica-mente toda su resistencia, formando un sus-trato sano. Por ello, la reparación de losdesperfectos puede llevarse a cabo median-te bacheos a espesor parcial o, en caso ne-cesario, con un refuerzo delgado adherido,previo fresado de algunos centímetros del pa-vimento.

Una demostración práctica del buen com-portamiento de los pavimentos de hormigónfrente al fuego es el túnel experimental del

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Fig. 5 - Probeta de hormigón para firmes, conservadaen cámara de curado y sometida después a un calentamiento a 450 ºC en horno

(3) Los desconchados, en caso de producirse,sue- len aparecer durante los primeros 30 minutos des-pués de iniciado el fuego

Centro de Ensayos de Fuegos y Ventilación enTúneles de San Pedro de Anes (Asturias) , con-siderado como una de las mejores instalacio-nes a nivel mundial en estos temas. Desde suinauguración en junio de 2005, se han realiza-

do en su interior numerosas pruebas, entreellas incendios controlados de vehículos, so-bre su pavimento de hormigón, sin que éstehaya sufrido ningún deterioro de importancia(Fig. 6).

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Fig. 6 - Túnel experimental del Centro de Ensayos de Fuegos y Ventilación en Túneles de San Pedro de Anes (Asturias)

5555Comportamiento delas mezclasbituminosasfrente al fuego

Como ya se ha mencionado, la pre-sencia en las mezclas bituminosas deun derivado del petróleo, como es el

betún, hace que puedan arder y experimen-tar con ello importantes degradaciones en elcaso de un incendio.

Se resumen a continuación los resultados devarios ensayos y observaciones de casos rea-les que soportan este hecho.

5.1 Determinación del contenido de ligantede una mezcla bituminosa por ignición

Desde hace muchos años se ha aprovecha-do la combustibilidad de las mezclas bitumi-nosas para determinar su contenido enligante. Ya en 1970 el Transportation ResearchBoard de Estados Unidos desarrolló un méto-do para aplicación en obra utilizando un que-mador de butano [13]. Posteriormente, elCentro Nacional de Tecnología del Asfalto(NCAT), también de Estados Unidos, puso apunto en 1994 un ensayo de ignición en hor-no, como alternativa al método más tradicio-nal de extracción del ligante utilizando disol-ventes. Debido a la combustión completa delbetún, el método se puede utilizar tambiénpara evaluar la composición de la mezcla, yaque con los áridos que quedan es posible de-terminar su granulometría y proporción en pe-so, a condición de que a la temperaturaalcanzada no se produzca una disgregaciónexcesiva de las partículas [14].

Dicho método de determinación del conteni-do de ligante por ignición ha sido recogido enla norma ASTM D6307 [15] y posteriormente enla norma UNE-EN 12697-39 [16].

Dependiendo del tipo de mezcla bituminosa,el ensayo suele durar unos cuarenta minutosdesde el inicio del calentamiento, alcanzán-dose normalmente en el horno temperaturasentre 400 y 550 ºC.

Este ensayo confirma que las mezclas bitumi-nosas arden a unas temperaturas muy por de-bajo de las máximas establecidas en lascurvas de fuego normalizadas para incendiosen túneles.

En general la determinación del contenido deligante se realiza sobre muestras sin compac-tar. No obstante, para tratar de reproducir lascondiciones en las que se encuentra un pavi-mento durante un incendio, los autores de es-te trabajo han llevado a cabo una serie deensayos con probetas de mezcla compacta-das con un sistema similar al que se utiliza enla preparación de las utilizadas en el ensayode pista de laboratorio (Fig. 7). Éstas se intro-dujeron en un horno especialmente adapta-do para este tipo de ensayos, con unos ele-mentos de calentamiento por rayos infrarrojosen su parte superior y una báscula que va re-alizando pesadas periódicas de la muestra in-troducida. El equipo detiene automática-mente el ensayo cuando se estabiliza la pér-

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dida de peso debida a la combustión del li-gante. Los registros de temperatura y de pér-dida de masa se almacenan electrónicamen-te y también son impresos mediante un dispo-sitivo incorporado al horno.

Después del ensayo las probetas pierden to-talmente la cohesión proporcionada por el li-

gante, convirtiéndose en un conjunto de par-tículas sueltas o fácilmente disgregables limi-tadas por una corteza formada por restos decombustión del betún (Fig. 7e) prácticamentesin resistencia (Fig. 7f).

16

(a) Probeta de mezcla bituminosa antes de ser ensayada (b) Introducción de la probeta en el horno

(c) Interior del horno, con los elementos de calentamiento por rayos infrarrojos en la parte superior

(d) Ignición de la mezcla bituminosa durante el ensayo

(e) Aspecto de la probeta después del ensayo

Fig. 7 - Ensayo de ignición para determinar el contenido de ligante de un mezcla bituminosa

(f) Después del ensayo la mezcla bituminosa pierdepor completo su cohesión, siendo facilmentedisgregable

En la Fig. 8 pueden verse las curvas de evolu-ción de la temperatura y de la pérdida demasa en uno de los ensayos realizados.

La respuesta de los pavimentos bituminososen circunstancias reales se corresponde conestos resultados. En un informe elaborado porel Instituto Federal de Investigación de Carre-teras (Bundesanstalt für Strassenwesen, BASt)de Alemania [17] sobre el comportamientofrente al fuego de los firmes bituminosos y dehormigón en túneles, y en el que se analiza ungran número de incendios, se indica que des-pués de producirse los mismos el aglomeradose ve afectado en una profundidad de varioscentímetros. Las partículas sueltas resultantespueden ser fácilmente retiradas o arrastradaspor los vehículos, produciéndose con ello ba-ches (Fig. 9). En algunos puntos del túnel delMont-Blanc ardió la totalidad del espesor de10 cm de aglomerado, dejando al descubier-

to e incluso afectando a la losa de hormigónarmado en la que se apoyaba [18].

No obstante, el ensayo de determinación delcontenido de ligante por ignición no propor-ciona apenas información sobre otros efectoscomo el desprendimiento de calor o de gasesdurante la combustión de las mezclas bitumi-nosas. Por ello se han llevado a cabo diferen-tes estudios con la instrumentación necesariapara poder obtener más datos sobre estosprocesos, cuyos principales resultados se resu-men a continuación.

5.2 Ensayos de la Universidad de Cergy-Pon-toise (Francia)

Los ensayos más completos hasta el momentosobre la respuesta al fuego de los materialespara firmes fueron realizados por el Laborato-rio de Ciencia de los Materiales y Construcciónde la Universidad de Cergy-Pontoise, el cual

17

Fig. 8 - Curvas de evolución de la temperatura y de la pérdida de masa de un ensayo de ignición de una mezclabituminosa

desarrolló un proyecto experimental muy de-tallado sobre el comportamiento al fuego deuna serie de probetas de mezcla bituminosa yhormigón.

Uno de los méritos de este trabajo consiste enser el primero en el que se abordó de formacontrolada el comportamiento de las mez-clas bituminosas en caso de incendio, some-tiéndolas a una curva de fuego normalizada(ISO 834) hasta alcanzar una temperatura de750 ºC y midiendo con termopares la evolu-ción de las temperaturas a diferentes alturas.A efectos comparativos se realizaron los mis-mos ensayos sobre probetas de hormigón[19]. También se efectuó un análisis de los ga-ses emitidos durante la combustión de la mez-cla bituminosa [20].

Las conclusiones más relevantes a las que sellegó en dicho estudio fueron las siguientes:

• El pavimento de hormigón, debido a sucomposición, es estable en situación defuego. No es inflamable, no arde y, por tan-to, no contribuye a la carga de fuego que,dentro del túnel, determina el riesgo de in-

cendio y la magnitud y consecuencias delmismo.

• Las capas de mezcla bituminosa tienen unfuerte poder calorífico, que incrementa lacarga de fuego y las temperaturas duranteun incendio. El punto de ignición, que mar-ca el inicio de la combustión (Fig.10), se si-túa entre 428 ºC y 530 ºC.

• Las mezclas bituminosas no mantienen, ensituación de fuego, sus características me-cánicas. La combustión disgrega los áridosya que pone fin, de manera irreversible, ala adherencia árido-ligante bituminoso.

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Fig. 9 - Daños causados en un firme urbano por el incendio de un automovil

Fig. 10 - Probeta de mezcla bituminosa durante su ignición(Universidad de Cergy-Pontoise)

• Un pavimento bituminoso alcanza tempera-turas elevadas muy rápidamente, en com-paración con un pavimento de hormigón(Fig. 11).

• Un pavimento bituminoso, transcurridos 5minutos después de iniciado el calenta-miento, despide gases asfixiantes y tóxicos(monóxido y dióxido de carbono, aldehí-dos, metanol, propanol-2, acetona, bence-no, tolueno, dióxido de azufre y ácidos,entre otros) por lo que agrava la situaciónde incendio4.

El aspecto que presentaban las probetas demezcla bituminosa tras el ensayo (Fig. 12) secorresponde con el obtenido en los ensayosde determinación del contenido de ligante

(Fig. 7). Por el contrario, en las probetas dehormigón los únicos daños observados fueronproducidos por su manipulación y no porefecto del fuego.

5.3 Ensayos del Centro Científico y Tecnológicode la Construcción de Francia (CSTB)

En los ensayos llevados a cabo por el CentroCientífico y Tecnológico de la Construcciónde Francia (Centre Scientifique et Techniquedu Batiment, CSTB) , para determinar el com-portamiento al fuego de los pavimentos bitu-minosos en caso de incendio en túneles decarretera, las probetas de aglomerado mos-traron una respuesta al fuego similar a la indi-cada en los apartados anteriores [22] [23] [24].

Las pruebas consistieron en colocar las probe-tas bajo un panel radiante que aplicaba a lasmismas un flujo de calor entre 20 y 50 kW/m2.

Cada uno de los ensayos se daba por finali-zado cuando un termopar, situado a 15 mm

19

(4) Según un informe de una de las comisiones quese crearon después del incendio del túnel de Mont-Blanc “el calor era de tal magnitud que el asfaltose inflamó, precipitando la asfixia de la mayor par-te de la víctimas” [21]

Fig. 11 - Temperaturas medidas en probetas de mezcla bituminosa y hormigón sometidas a una curva de fuego ISO 834(Universidad de Cergy-Pontoise)

de profundidad de la superficie expuesta a laradiación, indicaba 300 ºC. Esta temperaturaes inferior a aquélla en la que se produce laignición del betún, por lo que las pruebas ca-recen de representatividad de lo que sucedeen un incendio en un túnel de carretera. Porotra parte, la forma de aplicar el calor no per-mite ajustarse a ninguna de las curvas de fue-go normalizadas.

Aun con estas bajas temperaturas, en generallas probetas perdieron en su interior su cohe-sión, convirtiéndose en un conjunto de áridosfácilmente disgregable, mientras que en la su-perficie se formaba una corteza de material.Como ya se ha indicado, ello está en líneacon lo observado en los ensayos de igniciónpara determinación del contenido de ligante(Fig. 7) o en los llevados a cabo en la Universi-dad de Cergy – Pontoise (Fig. 12). En conse-cuencia, dicha corteza no impide que el restodel espesor arda, sino que por el contrariopuede interpretarse como un resultado de di-cha combustión.

Durante la realización de los ensayos, ademásde la inflamación de las probetas, se observóla aparición de humos oscuros, densos y confuerte olor.

Resulta por tanto sorprendente que en el in-forme se den las siguientes conclusiones:

• Un pavimento bituminoso no se incendia fá-cilmente, y es necesaria una muy elevadatemperatura para que se produzca su igni-ción.

• El volumen de gases producidos en la com-bustión del pavimento bituminoso, en casode incendio, es muy bajo comparado conel que seorigina por la combustión de losvehículos afectados por el mismo.

• En las pruebas realizadas aplicando fuegosobre el pavimento bituminoso se puso demanifiesto que sólo la parte superficial delmismo participa en el incendio, formándoseuna corteza inerte en la superficie debida alos residuos de la combustión.

Las dos primeras no pueden extraerse de losensayos, dado que éstos se llevaron a caboa temperaturas relativamente bajas. Tampo-co se indica en el informe que se llevara a ca-bo ningún tipo de determinación sobre losgases emitidos (volumen, composición, etc.).

En cuanto a la última conclusión, contradiceno solamente los propios resultados obtenidospor el CSTB, sino también los de otras pruebas,así como el comportamiento de los firmes encasos reales. No obstante, ha sido amplia-mente difundida, a pesar de su falta de rigor.

5.4 Proyecto SAMARIS (Sustainable and Ad-vanced MAterial for Road InfraStructure)

Como ya se ha indicado en varias ocasiones,para evaluar adecuadamente en laboratorioel comportamiento de las mezclas bitumino-sas es preciso que éstas se sometan a tempe-raturas o flujos de calor similares a los de los

20

Fig. 12 - Probeta de mezcla bituminosa (izqda.) y hormigón (dcha.) tras un ensayo de ignición(Universidad de Cergy-Pontoise)

incendios reales. Las curvas de fuego norma-lizadas indican que se alcanza rápidamentela temperatura de ignición del betún.

Cualquier ensayo cuyas condiciones no per-mitan alcanzar dicha temperatura no podrácaracterizar con precisión el comportamientode las mezclas bituminosas frente al fuego. Es-to quedó de manifiesto en las pruebas reali-zadas en el proyecto de investigación euro-peo SAMARIS (Sustainable and AdvancedMAterial for Road InfraStructure [25].

En dicho proyecto las probetas de mezcla bi-tuminosa se ensayaron tanto con un panel ra-diante como con un calorímetro de cono[26]. Este último equipo es capaz de generarunos flujos caloríficos más aproximados a losque se producen en un incendio real en un tú-nel que los que en general pueden obtenersecon los paneles radiantes [27] especificadosen la Norma UNE - EN 13501-1: 2002, para ca-racterizar la reacción al fuego de los revesti-mientos de suelos (moquetas, tarimas, etc,)[28].

Entre las conclusiones más importantes delproyecto SAMARIS pueden destacarse las si-guientes:

• Los ensayos especificados en la NormaUNE-En 13501-1, como el del panel radiante,no son válidos para evaluar el comporta-miento frente al fuego de las mezclas bitu-minosas, salvo que se introduzcan modifi-caciones en los mismos.

• El flujo calorífico crítico para iniciarse unacombustión sostenida de una mezcla bi-tuminosa densa [Fig. 13] fue del orden de21 kW/m2, es decir, dentro del intervalo devalores (15 – 25 kW/m2) obtenido en ensa-yos con coches ardiendo al aire libre.

Se destaca, no obstante, que la carga defuego y en consecuencia el flujo caloríficoson bastante mayores con un camión ar-diendo; y que en un espacio confinado, co-mo es el caso de un túnel, el calor irradiadopor la capa de humo caliente y por las pa-redes del túnel aumentan todavía más di-cho flujo calorífico sobre el pavimento,incrementándose así su contribución a lacarga de fuego.

• El tiempo para iniciarse la combustiónsostenida disminuía notablemente al au-mentar el flujo calorífico, de forma que con35 kW/m2 podía ser superior a 10 minutos,mientras que con 75 kW/m2 era inferior a 1minuto.

5.5 Ensayos del Centro de Ingeniería de Segu-ridad frente al Fuego de la Universidad deEdimburgo

El calorímetro de cono se utilizó también enunos ensayos de ignición de mezclas bitumi-nosas llevados a cabo por el Centro de Inge-niería de Seguridad frente al Fuego de laUniversidad de Edimburgo [29] con objeto dehacer una caracterización completa del com-

21

Fig. 13 - Ensayo del calorímetro de cono(proyecto SAMARIS)

portamiento frente al fuego de las mismas yobtener parámetros para simular incendiosdentro de un túnel empleando métodos de Di-námica Computacional de Fluidos (CFD).

Los principales resultados de dichos ensayosse indican a continuación:

• La combustión de las mezclas se inicia conflujos de calor inferiores a 40 kW/m2. Este va-lor se alcanza fácilmente durante un incen-dio en un túnel.

• Después de la combustión las probetas per-dían prácticamente toda su cohesión, sien-do fácilmente disgregables.

• La tasa de liberación de calor aumentabanotablemente al crecer el flujo de calorincidente. Con un valor de este último de60 kW/m2 se obtuvo una tasa de liberaciónde calor de casi 100 kW/m2. Es de esperarque con flujos mayores también crezca di-cha tasa.

En el informe de los resultados se destaca quedurante los ensayos de fuego en el túnel deRunehamar se registraron los flujos de calor endistintos puntos cerca de los focos del incen-dio (trailers de camiones de mercancías simu-lados). En los primeros tres vehículos (unocargado con palets de madera y plástico, elsegundo con palets de madera y colchones yel tercero con muebles) el flujo crítico se reba-só en varios puntos de la carretera, aguasabajo de los focos del incendio, alcanzándo-se valores máximos de 280, 200 y 75 kW/m2,respectivamente. También se obtuvieron flu-jos por encima del valor crítico 5 m aguas arri-ba del foco del primer ensayo, alcanzándosemáximos de casi 100 kW/m2.

En consecuencia, incluso si la combustión dela mezcla bituminosa se limita a la zona inme-

diatamente aguas abajo de un camión ar-diendo, esto puede afectar a una superficiede pavimento superior a 50 m2, con lo que elcalor desprendido por esta última puede serde 5 MW o superior. Ello es equivalente al me-nos a la combustión de uno o dos coches. Encasos severos, en los que puede también ar-der la superficie de la calzada aguas arribadel fuego, la combustión de la superficie afec-tada llegar a alcanzar flujos de calor de 20 MW.

5.6 Comportamiento en incendios a escalareal

Las conclusiones anteriores están de acuerdocon distintas mediciones efectuadas en ensa-yos a escala real, que indican que a una cier-ta distancia de un vehículo ardiendo todavíase alcanzan temperaturas capaces de provo-car la combustión de las mezclas bituminosas.Ya se ha mencionado que en un espacioconfinado, como es un túnel, los efectos delfuego se ven agravados y aumentan todavíamás el flujo calorífico sobre el pavimento. Porello no es extraño que las longitudes afecta-das de este último sean bastante superiores alas ocupadas por los vehículos quemados du-rante el incendio. A este respecto puedemencionarse que el fuego dañó seriamente,entre otros ejemplos, longitudes importantesde los pavimentos bituminosos de los túnelesde San Gotardo, Mont-Blanc (1,2 km) y Fréjus(800 m), que tuvieron que ser reconstruidosposteriormente. En el incendio del túnel deMont-Blanc en 1999 se produjeron deteriorosen 1200 m de calzada, mientras que ardieron32 coches y 2 camiones, cuya longitud totalno llega a 250 m.

En esta misma línea, en el informe sobre elcomportamiento de los firmes bituminosos yde hormigón en túneles frente a los incendios

22

del BASt alemán [17] se destaca que tambiénen el túnel del Mont-Blanc se quemaron ochovehículos estacionados a una distancia deunos 300 m del fuego en la parte italiana,mientras que el techo de la galería en esa lon-gitud apenas presentaba daños.

Aun sin llegar a producirse la ignición de lasmezclas, las temperaturas alcanzadas pue-

den provocar un reblandecimiento excesivode las mismas. En el incendio del túnel de Fré-jus en 2005 las labores de los equipos de res-cate se vieron obstaculizadas porque, segúninformaron los componentes de los mismos, lamezcla bituminosa se fundía bajo sus pies enlas proximidades del fuego [30].

23

6666Otras ventajas del empleo depavimentos dehormigón en túneles

En los túneles los pavimentos de hormigónpresentan otras ventajas que tambiéninciden en la seguridad de los mismos y

que hacen además que su empleo supongauna inversión ventajosa. Entre ellas puedendestacarse las siguientes:

• Superficie más clara y luminosa (Fig. 14), loque permite optimizar el coste de la ilumi-nación, ahorrando energía y gasto durantetoda la vida de servicio del túnel. Ello es unacualidad intrínseca del hormigón, que seconsigue sin tener que añadir ningún aditivoespecial que encarezca su coste [31].

• Menor deterioro, tanto estructural como su-perficial, y mayor vida útil, lo que redundaen un menor coste total. Con respecto a es-te último punto, hay que subrayar que en elinterior de los túneles las diferencias de tem-peratura son mucho menos importantes queen el exterior, lo que se traduce en unos gra-dientes térmicos muy pequeños y, en con-secuencia, en unas menores tensiones yuna mayor durabilidad del pavimento dehormigón frente a la que tendría al aire li-bre.

• Reducción de la distancia de frenado.

Fig. 14 - Túnel Juan Carlos I (Vielha)

25

• Disminución de posibles accidentes durantelas operaciones de conservación, ya queéstas son infrecuentes.

• Reducción del consumo de carburante. Dis-tintos estudios llevados a cabo en varios pa-íses indican que, a igualdad de los demásfactores, los camiones consumen menoscarburante al circular sobre un pavimentode hormigón que sobre uno bituminoso.

Las investigaciones más detalladas sobre es-te tema fueron realizadas en tres fases a lolargo de distintos años por el Consejo Na-cional de Investigación de Canadá [32]. Seutilizaron vehículos ordinarios de varios tipos(coches, camiones, etc.) equipados condispositivos para medir el consumo instantá-neo de carburante. Como resultado seconcluyó que al circular sobre pavimentosde hormigón los camiones tenían un consu-mo de combustible menor que al hacerlosobre pavimentos bituminosos (entre el 6,9y el 0,8 %, dependiendo del tipo de camión,de la velocidad y de la carga). Ello se expli-ca por la menor deformación vertical de lospavimentos de hormigón, a igualdad decarga, frente a los firmes bituminosos. Porello, para hacer avanzar los vehículos seprecisa una mayor energía.

A las economías en el consumo de combus-tible hay que sumar también la disminuciónen el volumen de gases emitidos.

• Disminución de niveles sonoros. Un defectoque se ha achacado con frecuencia a lospavimentos de hormigón es su mayor nivelde ruido con respecto a las mezclas bitumi-nosas. Ello es cierto en los acabados contexturas transversales, sobre todo si estánconstituidas por surcos profundos y a distan-cias regulares. Sin embargo se ha compro-

bado que, a igualdad de resistencia al des-lizamiento, las texturas longitudinales dan lu-gar a unos niveles sonoros análogos a los demuchas mezclas bituminosas.

Con el denudado de los pavimentos (Fig. 15)se pueden obtener niveles sonoros inclusomás reducidos. Esta técnica consiste en dis-tribuir un retardador sobre la superficie delhormigón fresco, que impide el fraguadode los primeros milímetros del mismo. Algu-nas horas después, cuando ya ha endure-cido suficientemente el resto del espesordel pavimento, se elimina el mortero sin fra-guar mediante barrido u otros sistemas. Conello se obtiene una textura formada por unmosaico de gravillas, que presenta unas no-tables características antideslizantes y unbajo ruido de rodadura.

Cuanto menor es el tamaño máximo del ári-do, más reducido es también el ruido de ro-dadura. De ahí que en algunos países, comoAustria, los pavimentos de hormigón se cons-truyan en dos capas, empleándose en lasuperior áridos con un tamaño máximo de 8a 11 mm [33].

La larga experiencia que se tiene ya con eldenudado ha permitido constatar que, losniveles sonoros que se obtienen inicialmen-te con el mismo son superiores a los de lasmezclas bituminosas drenantes5 y otras al-ternativas; pero el aumento del nivel sonoroque se produce en todos los tipos de super-ficie de firme con el paso del tiempo haceque, transcurridos 10 años, los pavimentosde hormigón denudado sean los más silen-ciosos (Fig. 16) [34].

26

(5) El empleo de las mismas está prohibido en túneles

27

Fig. 15 - Pavimento de hormigón denudado

Fig. 16 - Evolución del ruido de rodadura a 100 km/h en distintos tipos de pavimento en Austria

(a) Eliminación del mortero superficial sin fraguar (b) Detalle de textura

7777Construcción de pavimentos dehormigón en túneles

7.1 Equipos

En principio, todas las técnicas utilizadas en laejecución de pavimentos de hormigón al airelibre pueden ser empleadas también en túne-les.

Dejando aparte la construcción con regla vi-brante entre encofrados fijos, los equipos máshabituales son:

• Las pavimentadoras de encofrados desli-zantes.

• Las bordilladoras.

• Las acabadoras de cilindro (cylinder finis-hers,)muy utilizadas también en la ejecu-ción de pavimentos de puente y de reves-timientos de canales.

Un ejemplo de empleo de estos últimos equi-pos lo constituye el túnel de La Rovira, en elcasco urbano de Barcelona (Fig. 17), en servi-cio desde 1984.

Las bordilladoras o motobordilladoras sonequipos que pueden ejecutar por extrusiónuna gran variedad de elementos en hormi-gón, según la forma del molde que se las ins-tale: bordillos, cunetas, barreras de seguridad,etc.; e incluso, sin más que colocarles un mol-de plano, pavimentos que en algunos casospueden alcanzar anchos de 6 m (Fig.18).

Dentro de las pavimentadoras de encofradosdeslizantes propiamente dichas, puede ha-cerse asimismo una distinción entre las que lle-gan hasta anchos máximos de trabajo delorden de 6 m, es decir, los usuales para la eje-cución por semicalzadas (Fig. 19), y aquellasotras en las que, a partir de un mínimo del or-den de 2,5 m pueden alcanzarse anchuras má-ximas de 7,5 - 8,5 m (Fig. 20). Existen ademásgrandes equipos para la construcción de pavi-mentos de autopistas y de aeropuertos, quepueden llegar hasta anchos de trabajo de 16 m.

Los equipos de encofrados deslizantes se des-plazan sobre orugas, efectuándose general-mente el guiado de los mismos mediante unoshilos tensos colocados sobre piquetes regular-mente espaciados, en los que se apoyanunos sensores de alineación y de cota.

Fig. 17 - Ejecución con acabadora de cilindro (túnel deLa Rovira, Barcelona)

29

7.2 Particularidades de la ejecución de pavimentos de hormigón en túneles

Los condicionantes mayores proceden de lalimitación de espacio, en los laterales y en al-tura, lo que puede influir tanto en el suministrodel hormigón como en los propios equipos depuesta en obra, y muy particularmente en sussistemas de guiado

En otras ocasiones puede plantearse tambiénel problema de mantener abierto el túnel altráfico (generalmente de obra), lo que obli-gará a construir el pavimento por anchos par-ciales y, en ocasiones, a emplear hormigonespermitiendo su puesta en servicio lo más rápi-damente posible.

7.2.1 Suministro del hormigón

El sistema más rápido de alimentación del hor-migón es mediante camiones volquete ver-tiendo directamente el mismo delante de lapavimentadora. Para ello, y como es lógico, lasubbase no tiene que tener elementos situa-dos sobre la misma que puedan entorpecer oimpedir la circulación de los vehículos (comoocurre en general con las armaduras de lospavimentos armados continuos).

30

Fig. 20 - Pavimento ejecutado por anchos completos

Fig. 18 -Solera de túnel ejecutada con bordilladora

Fig. 19 - Pavimento ejecutado por semianchos conextendedora de encofrados deslizantes

En el caso de que por el gálibo existente nosea posible el empleo de camiones volquetenormales, algunas de las posibles solucionesson las siguientes:

• Camiones hormigonera (aunque los rendi-mientos que pueden alcanzarse con los mis-mos son bastante reducidos: la descargade un camión de 8 m3 puede durar más de15 minutos).

• Camiones basculantes de vuelco lateral(Fig. 21).

• Camiones eyectores, con una caja provistade un émbolo que empuja el hormigón yprovoca su descarga (Fig. 22).

Se puede recurrir asimismo a ayudar a la des-carga del volquete mediante una retroexca-vadora, de forma que la caja del camión notenga que elevarse totalmente.

Como complemento a los sistemas anteriores,hay que mencionar la posibilidad del empleode cintas de transferencia montadas encima de un carro, para permitir salvar elementossituados delante de la pavimentadora (por

ejemplo, pasadores). Se recurre a una opciónsimilar en el caso de ejecutar el pavimento endos capas simultáneamente, empleando enla superior un hormigón con una mayor resis-tencia, un contenido de cemento más eleva-do y un tamaño de árido menor. Para laalimentación del hormigón de esta capa a lapavimentadora trasera se puede utilizar unacinta transportadora que pasa por encima dela pavimentadora delantera (Fig. 23).

7.2.2 Limitaciones de espacio lateral

En las pavimentadoras, aparte del ancho ahormigonar, hay que contar con la necesi-dad de un espacio lateral para las orugas so-bre las que se desplazan, si se trata de equipos

31

Fig. 21 - Camión basculante de vuelco lateral.

Fig. 22 - Camión eyector

32

de encofrados deslizantes, así como para po-sicionar los elementos de guiado. Éstos pue-den estar constituidos por un hilo o cabletenso (pavimentadoras de encofrados desli-zantes) o bien, en el caso de acabadoras decilindro, por unos carriles sobre las que circu-lan unas ruedas provistas de pestañas.

Es frecuente que los túneles de carretera esténprovistos de aceras o andenes laterales, dan- do lugar entonces a dificultades para fijar enlas mismas los piquetes para situar los hilos deguiado, generalmente por falta de espacio.

Una alternativa es situar dichos elementos defijación de los hilos en las paredes, por encimade las orugas en los equipos de encofradosdeslizantes (Fig. 24). También puede recurrirsea un sistema similar para situar los elementosde guiado de las ruedas en las acabadorasde cilindro. Con ello se consigue reducir al mí-nimo el espacio entre las paredes del túnel ydichas orugas o ruedas.

Otra posibilidad es el empleo de sistemas deguiado 3D, que permiten eliminar los hilos deguiado. Se posee ya una amplia experienciasobre este método tanto en el interior de túne-les como en pavimentos al aire libre.

Por otra parte, si las aceras están huecas (porejemplo, para permitir el alojamiento de con-ductos) y las orugas de la pavimentadora de-ben circular por encima de las mismas, espreciso protegerlas para evitar roturas.

7.2.3 Pavimentos continuos de hormigón ar-mado

Se constata desde hace algunos años en Eu-ropa un renovado interés en la aplicación de

Fig. 23 - Ejecución por semianchos de un pavimentocontinuo de hormigón armado

Fig. 23 - Ejecución de pavimento de hormigón en doscapas: alimentación del hormigón de la capasuperior

Fig. 24 - Colocación de piquetes para sujeción de hiloguiado de la pavimentadora en pared deltúnel

los pavimentos continuos de hormigón arma-do (PCHA), en el caso de tráficos pesados,como consecuencia de su muy reducidaconservación cuando se proyectan y cons-truyen correctamente. La disminución de loscostes del usuario puede compensar concreces el sobreprecio introducido por la ar-madura. A este respecto, en la última revi-sión de la Norma 6.1 – IC sobre Secciones deFirme del Ministerio de Fomento (2003) seprescribe que los pavimentos de hormigóna utilizar en las dos categorías superiores detráfico (T00 y T0) deben ser PCHA[35]. En elloha influido el excelente comportamiento dela autopista Oviedo-Gijón-Avilés, también co-nocida como la Y asturiana, por su forma enplanta. Fue abierta al tráfico en 1976 y su pa-vimento armado continuo se encuentra enla actualidad todavía en perfecto estado,a pesar de las condiciones de tráfico pesa-do e intenso, lluvias frecuente y abundantesy características mediocres de los terrenospor los que discurre la autopista. La conser-vación que ha requerido ha sido muy redu-cida, y por ello se ha utilizado también enotras obras en Asturias.

En Bélgica, país lider en Europa en el empleode los PCHA, se ha utilizado en los últimos añosesta solución en algunos túneles de autopistasurbanas [36].

Al no poder circular los camiones por encimade la armadura, algunas de las posibles alter-nativas son:

• La ejecución por semianchos, que debenconectarse mediante barras de unión (Fig.25).

• la utilización de pavimentadoras provistasde guías (trompetas), que permiten con-

centrar las armaduras longitudinales en losbordes de la capa de apoyo del PCHA, de-jando un espacio libre suficiente para quecirculen los camiones de transporte del hor-migón (Fig. 26). Éste se vierte en la tolva derecepción de una cinta transportadora,que salva la longitud necesaria para que lasarmaduras se vayan situando en su posicióndefinitiva al ir pasando a través de las guías.En España se ha utilizado este método en laconstrucción al aire libre del PCHA de la au-topista Oviedo – Pola de Siero.

7.3 Hormigones para pavimentos de túneles

Los hormigones de los pavimentos de túnelesno tienen en principio ninguna diferencia no-table con respecto a los empleados al aire li-bre. No obstante, algunas medidas que tambiénson de interés en estos últimos pueden ayudar aoptimizar el comportamiento del hormigón en unincendio:

• la utilización de áridos gruesos calizos, porsu menor coeficiente de dilatación

• el empleo de aireantes, que crean unas cá-maras de expansión que disminuyen la pre-

33

Fig. 25 - Ejecución por semianchos de un pavimentocontinuo de hormigón armado

sión del vapor en caso de una elevación im-portante de temperatura.

Los aireantes también contribuyen a mejorarla trabajabilidad del hormigón. Respecto a es-te último punto, puede ser conveniente men-cionar que las fórmulas de trabajo de loshormigones para revestimiento de túneles, sise emplean para los mismos arenas de ma-chaqueo, pueden no ser adecuadas parapavimentos, por contener un exceso de finosque dan lugar a hormigones “pegajosos”, asíllamados por adherirse a las maestras de laspavimentadoras o a otros útiles de acabado.Ello puede dar lugar a problemas de calidadde rodadura, que no se producen con unafórmula de trabajo adecuada.

Para la obtención de unas características an-tideslizantes duraderas, los áridos en contactocon las ruedas de los vehículos deben teneruna resistencia al desgaste adecuada. Ello seconsigue utilizando arenas con un contenidomínimo de partículas silíceas del 35 %, en casode que la textura superficial se obtenga porcepillado o estriado del hormigón fresco, o em-pleando gravillas con un coeficiente de puli-mento acelerado no inferior a 0,5 si se recurrea la técnica del denudado [37].

En el caso de que en un plazo reducido hayaque poner el pavimento en servicio, o biensea necesario tener que permitir que sobreuna banda ya ejecutada se apoyen los equi-pos de construcción o circule el tráfico de obra,es posible utilizar hormigones que en unos po-cos días o incluso en algunas horas alcancenlas resistencias necesarias [38].

7.4 Condiciones para obtener una buena re-gularidad superficial

Las reglas para obtener una buena calidadde rodadura en un pavimento de hormigónen la elección de una fórmula de trabajo es-tán basadas sobre todo en la elección deuna fórmula de trabajo adecuada y en unagran regularidad del proceso de fabricacióny puesta en obra del hormigón. Entre ellaspueden destacarse las siguientes:

• hormigón homogéneo, sin variaciones en suconsistencia

• pavimentadora en buen estado

• fabricación de hormigón acorde con el rit-mo previsto de puesta en obra

• transporte de hormigón desde la planta alpunto de vertido bien organizado

34

Fig. 26 - Colocación de armaduras de un pavimentocontinuo de hormigón armado mediante guíasen la pavimentadora

• suministro de hormigón a la pavimentadoraadecuado al avance, evitando sobre todoque se produzcan paradas de la misma

• guiado correcto de la pavimentadora

• caminos de rodadura estables de las oru-gas de la pavimentadora

• avance regular

• evitar retoques manuales.

Respetando estos principios, los equipos parala ejecución de pavimentos de hormigón per-miten obtener una regularidad superficialcumpliendo con las prescripciones y que semantiene a lo largo de toda la vida de servi-cio del firme.

35

8888Conclusiones

En los apartados anteriores se ha analiza-do el comportamiento frente al fuegode dos materiales típicos para firmes, co-

mo son las mezclas bituminosas y el hormigón,con el fin de comparar la seguridad queaportan a un túnel en un incendio.

El hormigón es un material incombustible, queno genera humos ni gases tóxicos durante unincendio ni aumenta la carga de fuego. El es-pesor en el que pueden producirse pérdidasde resistencia de una cierta importancia se li-mita a unos pocos centímetros. Los fenóme-nos de desconchado (spalling) no son impor-tantes en los pavimentos, en los que se emple-an hormigones de resistencias moderadas.

En el caso de las mezclas bituminosas, la pre-sencia de un derivado del petróleo, como esel betún, altamente combustible, hace quese planteen una serie de cuestiones que se in-dican a continuación, junto con las respuestasdeducidas tanto de experiencias reales comode ensayos de laboratorio:

• ¿Pueden arder las mezclas bituminosas?Sí, en cuanto se alcanza en las mismas latemperatura de combustión del betún (en-tre 400 y 500 ºC). Haciendo uso de esta pro-piedad se han puesto a punto métodos dedeterminación del contenido de ligantemediante ignición de las mismas.

• ¿Las temperaturas para que se origine lacombustión de las mezclas se producen enun incendio de un túnel?En general son superiores, no solamente enla sección libre sino también en el firme. Alo anterior hay que añadir que en un espa-cio confinado, como es un túnel, los efectosdel fuego se ven agravados por el calor irra-diado por las paredes y por la capa de hu-mo caliente, que aumentan todavía más elflujo calorífico sobre el pavimento.

• ¿Qué efectos tiene la combustión de lamezcla bituminosa?El fuerte poder calorífico del betún da lugara un incremento de la carga de fuego. Porotra parte, al poco tiempo de iniciarse lacombustión se empiezan a desprender hu-mos y gases tóxicos, lo que puede precipi-tar la asfixia de las víctimas. Finalmente seproduce una pérdida de cohesión del aglo-merado, transformándose en un conjuntode partículas sueltas.

• ¿La combustión de las mezclas afecta úni-camente a la superficie del firme?Generalmente la profundidad en la que seproduce la combustión alcanza varios cen-tímetros. En el incendio del túnel del Mont-Blanc ardieron en algunos puntos la tota-lidad de los 10 cm de aglomerado. Cuantomayor es el espesor afectado, más aumen-

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tan su contribución a la carga de fuego ylos humos y gases desprendidos.

• ¿La combustión de las mezclas se limita ala zona inmediatamente debajo de los ve-hículos ardiendo?Varios factores, como la ventilación o el ca-lor reflejado en las paredes y el techo de untúnel, pueden dar lugar a que en puntosalejados del foco del incendio la tempera-tura sea todavía suficiente para provocar lacombustión de las mezclas. Por ello, la su-perficie afectada puede ser bastante ma-yor que la de los vehículos incendiados. Enel incendio del túnel del Mont-Blanc ardie-ron 32 coches y 2 camiones, cuya longitudtotal no llega a 250 m, mientras que se pro-dujeron deterioros en 1200 m de calzada.El calor desprendido por la combustión de50 m2 suplementarios puede ser equivalenteal de dos o tres vehículos ligeros.

• ¿La existencia de un pavimento bituminosopuede hacer que el incendio se propaguea otros vehículos alejados del foco inicial?En el túnel del Mont-Blanc se quemaronocho vehículos estacionados a una distan-cia de unos 300 m del incendio. El techo dela galería en esa longitud apenas presenta-ba daños, por lo que parece probable quela combustión de los vehículos se produjerapor una propagación del fuego en la mez-cla bituminosa a elevada temperatura.

• ¿Qué otros efectos puede tener en las mez-clas bituminosas el calor generado duranteun incendio?Aún sin llegar a producir la ignición de lamezcla, el aumento de temperatura puededar lugar a un reblandecimiento de la mis-ma perjudicando el acceso de los equiposde rescate o de extinción del fuego. En el

incendio del túnel de Frejus, los bomberosinformaron que la mezcla bituminosa se fun-día bajo sus pies.

En consecuencia, carece de fundamento laafirmación, ampliamente difundida para justi-ficar el empleo de las mezclas bituminosas entúneles, de que solamente una delgada ca-pa superficial se inflama durante un incendio,porque se crea una corteza inerte que impideque se propague el fuego debajo de la mis-ma. La realidad demuestra que, por el con-trario, puede producirse la combustión devarios centímetros de aglomerado, formándo-se como consecuencia de la misma dichacorteza que prácticamente no tiene ningunacohesión.

Como resumen de lo anterior, puede concluir-se que en los túneles, en caso de incendio, lospavimentos de hormigón son los que propor-cionan un mayor nivel de seguridad.

Por otra parte, en la construcción de pavi-mentos de hormigón en túneles pueden em-plearse los mismos métodos que en carreterasal aire libre, sin que ello suponga un condicio-nante insalvable.

El Real Decreto 635/2006 de 6 de mayo sobrecondiciones de diseño y explotación de los tú-neles de las carreteras del Estado prescribeque, salvo razones debidamente justificadas,en túneles de más de 1.000 metros se emple-ará pavimento de hormigón; y que se podránaplicar como alternativas otras medidas dereducción del riesgo, siempre y cuando éstasden lugar a una protección equivalente omayor. A la vista de lo expuesto anteriormen-te, la sustitución del pavimento de hormigónpor otro de mezcla bituminosa no cumple esterequisito.

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En esta línea, la Federación de Bomberos deFrancia opina que "la simple lógica deberíaimponer la sustitución de las mezclas bitumi-nosas por un material totalmente neutro co-mo es el hormigón” [39].

Por su parte, el Comité Técnico Internacionalpara la Prevención y Extinción de Incendios

(CTIF) [1], una organización que representa acinco millones de bomberos y que es la másimportante a nivel mundial, indica que “los fir-mes de las carreteras deberían ser incombus-tibles, no emitir humos tóxicos y ser claros, loque mejora la visibilidad. Por ello el hormigóndebería preferirse a las mezclas bituminosas”.

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IECAINSTITUTO ESPAÑOL DEL CEMENTOY SUS APLICACIONES