Análisis de la visibilidad en incenidos en túneles

Cuando se analizan las posibles consecuencias que puede acarrear un incendio a los usuarios de un túnel, es necesario estudiar las condiciones a las que pueden verse expuestos, especialmente durante la fase de evacuación. Por tanto, es necesario verificar la evolución de distintos factores de riesgo como temperatura de los gases, radiación sobre los usuarios, concentraciones de oxígeno o la presencia de gases tóxicos; aunque el más restrictivo suele ser la visibilidad [1].

La “visibilidad” se define como la distancia a la que una persona puede ver un objeto a través del humo [m]. Su valor depende tanto del objeto tomado como referencia, como de la dirección en que se mida.

Aunque la pérdida de visibilidad no supone una amenaza directa para los usuarios del túnel, si puede provocar su desorientación impidiéndoles identificar la ruta de evacuación; a ésto hay que añadir la tendencia a moverse con mayor lentitud en presencia de los humos, lo que aumenta el tiempo de evacuación y por tanto, la posibilidad de exposición durante más tiempo a otros factores de riesgo. Hay que tener en cuenta, que incluso las señales luminosas pueden no ser visibles en presencia de humos densos [1].

Las condiciones de visibilidad durante un incendio dependen de distintas variables como:

  • La dispersión de los humos.
  • Características de los humos (color, densidad, coeficiente de absorción, etc.).
  • Tamaño de las partículas en suspensión.
  • Capacidad visual de cada persona y estado mental durante la evacuación.
  • Etc.

De entre ellas, las partículas sólidas y en concreto el hollín (soot), tienen una influencia decisiva en las condiciones de visibilidad [2].

Se llama hollín a las partículas sólidas de tamaño muy pequeño en su mayoría compuestas de carbono impuro, pulverizado, y generalmente de colores oscuros más bien negruzcos resultantes de la combustión incompleta de un material (madera, carbón, etc). Su aspecto es similar a la ceniza pero con un tono más negro.

La generación de hollín en una llama es un proceso complejo que conlleva varias reacciones químicas en serie; por lo que su tasa de producción depende de diversos factores como son el tamaño del incendio, el tipo de material (plásticos o maderas verdes generan una gran cantidad, mientras que los alcoholes apenas producen hollín), o las condiciones de aporte de oxígeno al incendio.

Cálculo de la visibilidad

El valor de visibilidad S [m] de un objeto se establece a través de una correlación empírica respecto a la densidad de los humos, empleando la siguiente expresión:

S=\frac{C}{K}

Donde K [1/m] es el denominado “coeficiente de extinción lumínico“, que da un valor representativo del flujo disperso o absorbido de radiación en el rango del espectro visible por un haz luminoso debido a las partículas diluidas en los humos. El coeficiente de extinción lumínico relaciona la atenuación de la luz (Φ) y el espesor de la capa de humos.

d \phi=-K\cdot{} \phi\cdot{}dl

C [ ] es el denominado “factor de visibilidad“, constante empírica adimensional dependiente de las características del objeto a observar a través de los humos, las condiciones de iluminación y el contraste respecto a su entorno.

Criterios de diseño y normativa

  • Visibilidad [S]

Respecto a lo visibilidad, la NFPA-502 (2008) [3] da como referencia un valor mínimo de visibilidad durante la evacuación de 30 m para las señales iluminadas internamente con 80 lux y de 10 m para las paredes y puertas. Además recomienda que estas condiciones se mantengan al menos durante una hora, a menos que se establezca otro criterio diferente. PIARC [4] recomienda que las señales sean visibles al menos a un distancia de 15 m.

  • Factor de visibilidad [C]

La NFPA-502 (2008) [3] da unos valores típicos de C = 8 para una señal luminosa y C = 3 para una señal reflectora. CETU especifica en [5] un valores típico en un rango entre 2-6, los mismos que propone ANAS en la norma italiana [6].

Consideraciones en simulaciones CFD

Debido a las características del movimiento de los humos de incendio dentro de un túnel (especialmente la estratificación) los modelos unidimensionales empleados en el dimensionamiento de los sistemas de ventilación, no son adecuados para analizar las condiciones de visibilidad. Por lo que se suelen emplear modelos de campo tipo CFD.

Aunque estos modelos ofrecen unos resultados visualmente convincentes, no hay que olvidar que sus capacidades son limitadas y que debido a la complejidad de los fenómenos que implican un incendio es necesario realizar importantes simplificaciones; la cuales hay que tener en cuenta tanto a la hora de realizar la simulación como al interpretar dichos resultados.

Si tomamos como ejemplo uno de los CFD más empleados en el campo de la ingeniería contra incendios como es FDS (Fire Dynamics Simulator en su última versión FDS_5.5.3), lo primero que hay que tener en cuenta es que su capacidad para simular el desarrollo y evolución de un incendio es todavía muy limitada. Lo que nos obliga a fijar tanto el crecimiento y evolución del incendio, como su superficie, la tasa de cesión de calor (HRR), la generación de los productos de la combustión, etc. [7]

Respecto a la combustión, FDS utiliza un modelo de fracción de mezcla, que en su versión actual no es capaz de predecir la formación de hollín. El hollín resultante de la combustión se obtiene como una fracción fija de la masa de combustible (soot yield), sin tener en cuenta las condiciones en la que ésta se produce.

Por tanto, la tasa de generación de hollín se fija de forma indirecta a través del calor de combustión escogido y la tasa de cesión de calor (HRR), ya que con estos datos FDS estima la cantidad de combustible que es necesario “bombear” en la simulación. Por tanto hay que escoger estos datos cuidadosamente ya que afectarán de forma significativa a los resultados de visibilidad de la simulación.


  1. FESHE Online Course [] []
  2. Hollín  – Artículo Wikipedia []
  3. NFPA 502 – Road Tunnels, Bridges and Limited Access Highways (2008) [] []
  4. PIARC – Fire and Smoke Control in Road Tunnels (1999) []
  5. CETU – Guide to Road Tunnel Safety Documentation – Booklet 4: Specific Hazard Investigations (2003) []
  6. ANAS  Linee Guida per la progettazione della sicurezza nelle Gallerie Stradali (Nov 2006) []
  7. Fire Dynamics Simulator (Version 5) Technical Reference Guide []

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