Bioingeniería y durabilidad

Las técnicas de bioingeniería para protección y estabilidad del suelo, se utilizan a menudo, como alternativas a las estructuras tradicionales para mitigar el impacto ambiental sin comprometer la eficacia.

Sin embargo, estas técnicas utilizan plantas vivas para imitar la naturaleza y confían gran parte de su resistencia estructural a miembros de madera cuyas características mecánicas disminuyen con el tiempo. En este estudio se evalua la degradación de las propiedades mecánicas de los elementos de madera no tratados.


Imitando a la naturaleza

En un ambiente volcánico y semi-árido, la vegetación encuentra dificultades para asentarse, lo que beneficia la creación de cárcavas debidas a la erosión. Foto: Isaac Sanz

La funcionalidad del sistema, es decir, las plantas vivas más las partes inertes, se basa no sólo en las propiedades mecánicas de los elementos individuales, sino también en todo el comportamiento estructural que se origina en el montaje en forma de rejilla y en las disposiciones de apilamiento de los diversos elementos estructurales.

Las obras de bioingeniería de suelos se diseñan generalmente bajo el supuesto de que el crecimiento de las raíces de las plantas, dentro y fuera de la estructura, proporciona gradualmente resistencia adicional a toda la estructura, compensando de alguna manera la reducción de las características mecánicas de los elementos de madera en descomposición.

Este deterioro puede variar dependiendo principalmente de las especies de madera, pero también se ve afectada por el grado de estrés, la orientación de la carga aplicada en relación con las fibras de madera, el historial de carga, el nivel de exposición a factores ambientales desfavorables y los patógenos.

Las pruebas se llevaron a cabo en 36 maderas no tratadas de madera de castaño (Castanea sativa Miller) procedentes de 11 estructuras diferentes de bioingeniería. Estas estructuras se construyeron durante el período 2000-2004 para el control de la erosión y sedimentos y como construcciones de refuerzo para la estabilización de pendientes en algunos senderos del Parque Nacional del Vesubio (Nápoles, sur de Italia). También se seleccionaron como representantes de diferentes condiciones microclimáticas: desde sitios con una humedad del suelo y humedad del aire relativamente más alta cerca de los canales de arroyos hasta sitios con clima semiárido, como los situados cerca del cono del Vesubio.

Persiguiendo la eternidad

Las mediciones del contenido de humedad de la madera son de importancia clave en el presente estudio ya que las estructuras de bioingeniería del suelo están directamente expuestas a las variaciones en las condiciones climáticas locales y otros factores ambientales y sus elementos de madera intercambian humedad con el aire circundante de acuerdo a la humedad y temperatura del aire. En consecuencia, están sujetos a cambios en sus propiedades mecánicas.

El método estándar de ensayos destructivos mecánicos (DT) para la determinación de las propiedades físicas y mecánicas de la madera se prescribe en UNI-EN-408.

Restauración usando técnicas de bioingeniería. Provincia de Lucca (Italia).
Foto: Isaac Sanz

Siguiendo estos procedimientos sugeridos, se realizaron pruebas de flexión estática y pruebas de compresión axial, que son los procedimientos de prueba más efectivos con respecto a los tipos y dimensiones comunes de los elementos de madera utilizados en las estructuras de bioingeniería del suelo. A través de la deflexión del poste de madera y el análisis de la curva de carga-deformación, las pruebas de flexión de flexión permiten determinar el módulo longitudinal de elasticidad en flexión, E, el esfuerzo de flexión en la dirección paralela a las fibras, como respuesta de esfuerzo del elemento. Los ensayos de compresión axial, por otra parte, se utilizan para determinar el módulo longitudinal de elasticidad tras la compresión y la resistencia a la compresión paralela a la dirección de las fibras.

 

Las pruebas mecánicas reportadas hasta el momento y especialmente las pruebas no destructivas son muy útiles para caracterizar las condiciones de resistencia local de un elemento de madera

Por otro lado, a medida que las características de las estructuras de bioingeniería del suelo se deterioran en condiciones aerobias, se obtiene una mejor comprensión de los resultados obtenidos hasta ahora, observando la degradación causada por hongos. Este análisis Se identificaron un total de 23 cepas de hongos y se agruparon en las cuatro familias siguientes: Meruliaceae, Strophari-aceae, Polyporaceae, y Corticiaceae.

El envejecimiento es inevitable

Las razones principales de la vida útil limitada de las estructuras de madera sometidas a agentes externos deben buscarse en la degradación de las propiedades materiales y en el desarrollo de daños irreversibles causados por tensiones de operación dependientes del tiempo, temperaturas, condiciones ambientales locales y patógenos.

Las condiciones ambientales locales que afectan a una estructura de bioingeniería del suelo representan una situación desfavorable, o incluso severa, que no puede caracterizarse a priori con confianza y facilidad. Muchos factores pueden afectar la buena conservación y facilidad de uso de las estructuras de madera de la bioingeniería del suelo.

Aparte de los factores mencionados anteriormente, también debe considerarse, por ejemplo, que los orificios piloto realizados para los clavos en los elementos de madera representan indudablemente zonas con mayor vulnerabilidad, lo que puede afectar seriamente la respuesta mecánica de toda la estructura especialmente si hay otras degradantes Factores han arruinado su integridad estructural.

Por lo tanto, todas estas situaciones desaconsejan usar solamente modelos deterministas para verificar la eficiencia estructural, y en su lugar sugieren el recurso a un monitoreo eficiente y regular para medir algunas variables clave en los polos.


Sin embargo, el objetivo de las obras de bioingeniería es crear sistemas vivos, basados en la sucesión natural y por tanto capaces de mantener un equilibrio mediante una autorregulación dinámica. Eligiendo adecuadamente las técnicas así como los materiales vivos, se obtienen resultados de una persistencia extraordinaria con gastos de mantenimiento reducidos.


Fuente: N. Romano,N, Lignola, G.P., Brigante M., Bosso L., Chirico G.B. Residual life and degradation assessment of wood elements used insoil bioengineering structures for slope protection. Department of Agricultural Sciences, Division of Agricultural, Forest and Biosystems Engineering, University of Napoli Federico II, Portici (Napoli).

Foto principal: Defensa del suelo contra la erosión en las proximidades del cráter del volcán en el Parque Nacional del Vesubio. Isaac Sanz

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