Escrito por Eric Azulay — Ingeniero SSP (suelos y aguas contaminados), gerente de SARL G.M.E.P · Publicado el 3 de julio de 2026
Principio del modelo Johnson & Ettinger
Desarrollado inicialmente por Paul Johnson y Robert Ettinger en 1991 y formalizado posteriormente en la guía de la US EPA de 2004 ("User's Guide for Evaluating Subsurface Vapor Intrusion into Buildings"), el modelo Johnson & Ettinger es un modelo analítico en régimen estacionario que simula el transporte de compuestos volátiles desde una fuente de contaminación subterránea (suelo contaminado o agua subterránea contaminada) hasta el aire interior de un edificio situado en superficie.
El modelo representa dos mecanismos de transporte sucesivos: la difusión/advección en la zona no saturada (entre la fuente y los cimientos), y luego el paso a través de los cimientos del edificio (losa, fisuras, juntas), seguido de una dilución en el volumen de aire interior renovado por la ventilación.
El factor de atenuación α
El resultado central del modelo es el factor de atenuación α (alfa), definido como la relación entre la concentración en el aire interior y la concentración en la fuente (gas del suelo o agua subterránea, según el punto de cálculo):
α = Concentración en el aire interior (Ci) / Concentración en la fuente (Cs)
Este factor, generalmente comprendido entre 10⁻² y 10⁻⁴, depende de la profundidad de la fuente, de las propiedades del suelo atravesado (porosidad, permeabilidad, contenido de agua) y de las características del edificio (superficie de cimentación en contacto con el suelo, tasa de renovación de aire, caudal de entrada de aire por las fisuras). Una vez determinado α, la concentración en el aire interior es simplemente: Ci = α × Cs, valor que después se introduce en el cálculo de la dosis de exposición por inhalación para el EQRS.
Ecuación de transporte
El modelo Johnson & Ettinger resuelve una ecuación de difusión-advección unidimensional a través de la zona no saturada, acoplada a un balance de masa en el volumen de aire interior del edificio. De forma simplificada, el flujo de vapores que entra en el edificio (Jf) se expresa como:
Jf = Deff × Cs / Lt (flujo difusivo a través de la zona no saturada)
Ci = Jf × Ab / (Qbuilding) (balance de masa en el volumen del edificio)
donde Deff es el coeficiente de difusión efectivo del compuesto en el suelo, Lt la distancia total de difusión (profundidad de la fuente), Ab la superficie de cimentación en contacto con el suelo contaminado, y Qbuilding el caudal de renovación de aire del edificio. El modelo completo (EPA 2004) integra en realidad un acoplamiento difusión/advección a través de las fisuras de los cimientos, mediante un parámetro de permeabilidad al gas del suelo.
Parámetros clave del cálculo
Sustancias implicadas
El modelo Johnson & Ettinger se aplica a compuestos suficientemente volátiles para migrar en fase gaseosa a través de la zona no saturada. Las familias de sustancias evaluadas con mayor frecuencia son:
- Disolventes clorados — tricloroetileno (TCE), tetracloroetileno (PCE), cloruro de vinilo, 1,1-dicloroetileno: sustancias prioritarias en la intrusión de vapores debido a su toxicidad y a su elevada volatilidad
- Compuestos orgánicos volátiles (COV) de origen petrolífero — benceno, tolueno, etilbenceno, xilenos (BTEX)
- Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) ligeros — en particular el naftaleno, por su volatilidad relativamente elevada entre los HAP
Los metales y la mayoría de los HAP pesados, poco o nada volátiles, no son en cambio pertinentes para esta vía de transferencia y corresponden a otras modelizaciones (ingestión, contacto cutáneo).
Límites y precauciones de uso
Como todo modelo analítico simplificado, Johnson & Ettinger se basa en hipótesis que conviene tener presentes al interpretar los resultados:
- Régimen estacionario — el modelo no capta las variaciones estacionales del nivel freático, del contenido de agua del suelo o de la presión barométrica, que pueden sin embargo hacer variar de forma significativa las concentraciones medidas en el aire interior
- Suelo homogéneo — la heterogeneidad real de los suelos (lentejones de arena, fisuras, redes enterradas) puede crear vías preferenciales no representadas por el modelo 1D
- Ausencia de degradación biológica en la versión conservadora del modelo, mientras que ciertos compuestos (en particular los hidrocarburos de origen petrolífero) pueden biodegradarse parcialmente en la zona no saturada
- Fuerte sensibilidad a los parámetros de entrada — pequeñas variaciones de la permeabilidad o de la profundidad de la fuente pueden modificar el factor α en varios órdenes de magnitud
Comparación con las mediciones de campo
Debido a estas limitaciones, la doctrina metodológica recomienda, siempre que sea posible, confrontar los resultados del modelo con mediciones directas: toma de muestras de gas del suelo bajo la losa (sub-slab), mediciones de aire interior y de aire ambiente de referencia (para distinguir la contribución del emplazamiento de las fuentes domésticas), o incluso mediciones de flujo superficial. Este enfoque de múltiples líneas de evidencia (modelización + mediciones) se recomienda especialmente cuando los resultados del modelo Johnson & Ettinger se sitúan cerca de los umbrales de aceptabilidad del QD o del ERI, o cuando el edificio estudiado ya está ocupado.
La modelización sigue siendo, no obstante, una herramienta esencial en la fase de diagnóstico inicial (IEM) y de dimensionamiento de campañas de mediciones, así como para evaluar escenarios prospectivos (proyectos de construcción en un emplazamiento contaminado) en los que todavía no es posible ninguna medición directa.
Escenarios habituales de aplicación
El modelo Johnson & Ettinger se utiliza en varios contextos operativos que encuentran las consultoras de ingeniería SSP:
Diagnóstico de un edificio existente en un emplazamiento contaminado
Cuando un edificio ya está construido sobre o cerca de una fuente de contaminación volátil identificada (agua subterránea o suelo contaminados), el modelo permite una primera estimación del riesgo de intrusión de vapores antes de emprender, si es necesario, una campaña de mediciones de aire interior o de gas del suelo bajo la losa.
Proyecto de urbanización o construcción
En el marco de un proyecto de construcción en un emplazamiento con contaminación residual del suelo o del agua subterránea, el modelo permite anticipar, desde la fase de diseño, el riesgo de intrusión de vapores en los futuros edificios y dimensionar medidas de gestión adecuadas (membrana anti-intrusión de vapores, ventilación de la cámara sanitaria, dren de despresurización bajo la losa).
Reevaluación tras las obras de descontaminación
El modelo también se utiliza para verificar, a partir de las nuevas concentraciones residuales medidas, que el riesgo de intrusión de vapores sigue siendo aceptable después de la ejecución de obras de descontaminación o de confinamiento, en el marco del seguimiento del plan de gestión.
Integración en el EQRS
La concentración en el aire interior calculada por el modelo Johnson & Ettinger alimenta directamente el cálculo de la dosis diaria de exposición por inhalación, y luego el cálculo del QD y del ERI según la metodología descrita en nuestro artículo sobre el cálculo de QD y ERI en EQRS. Esta articulación permite cubrir toda la cadena fuente-transferencia-receptor, desde la fuente de contaminación hasta el riesgo sanitario para los ocupantes del edificio.
Modelizar la intrusión de vapores con EQRS Johnson & Ettinger
La herramienta EQRS Johnson & Ettinger (V7) de GMEP calcula automáticamente el factor de atenuación α y la concentración en el aire interior, conforme a la US EPA 2004, y la integra directamente en el cálculo del QD y del ERI para todas las poblaciones objetivo.
Descubrir EQRS Johnson & Ettinger (V7) Ver EQRS V31.05 + ECOTOX
Preguntas frecuentes — Modelo Johnson & Ettinger e intrusión de vapores
¿Qué es el modelo Johnson & Ettinger?
El modelo Johnson & Ettinger (1991, formalizado por la US EPA en 2004) es un modelo analítico de transporte que simula la migración de compuestos volátiles desde una fuente subterránea (suelo o agua subterránea contaminados) hacia el aire interior de un edificio, mediante difusión y advección en la zona no saturada y luego a través de los cimientos.
¿Qué es el factor de atenuación alfa?
El factor de atenuación alfa es la relación entre la concentración en el aire interior y la concentración en la fuente. Refleja la dilución y la atenuación que sufre el compuesto volátil al transferirse a través del suelo y luego de los cimientos del edificio. Un valor típico de alfa se encuentra entre 10⁻² y 10⁻⁴.
¿Qué sustancias están implicadas en la intrusión de vapores?
Los compuestos orgánicos volátiles (COV), en particular los disolventes clorados como el tricloroetileno (TCE) y el tetracloroetileno (PCE), el benceno y los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) ligeros, son las sustancias evaluadas con mayor frecuencia con el modelo Johnson & Ettinger.
¿Cuáles son las limitaciones del modelo Johnson & Ettinger?
El modelo se basa en hipótesis simplificadoras (régimen estacionario, suelo homogéneo, ausencia de degradación biológica), lo que puede llevar a sobreestimar o subestimar la concentración real en el aire interior. Se recomienda complementarlo, cuando sea posible, con mediciones directas de gas del suelo o de aire interior.
¿El software de GMEP integra el modelo Johnson & Ettinger?
Sí, la herramienta EQRS Johnson & Ettinger (V7) de GMEP implementa el modelo conforme a la US EPA 2004, con cálculo automático del factor de atenuación alfa e integración directa en el cálculo del QD y del ERI por inhalación de aire interior.
Referencias metodológicas
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Escrito por Eric Azulay — Ingeniero SSP (suelos y aguas contaminados), gerente de SARL G.M.E.P