Bioingeniería

Bioingeniería Rama de la ingeniería que se centra en la Biotecnología y en las ciencias biológicas. Campo al que pertenece Ciencias Biológicas y Biotecnología

Bioingeniería o Ingeniería Biológica. Es una rama de la ingeniería que se centra en la Biotecnología y en las ciencias biológicas. Se utiliza en todos los ámbitos de obra civil, especialmente en el ámbito de la consolidación de taludes, riberas y para el control de la erosión.

Definición y finalidades

La Ingeniería Biológica es una rama de la ingeniería en la que las plantas vivas se utilizan como elemento constructivo, conjuntamente o no con material inerte (material leñoso, piedras, hormigón, mallas metálicas, geotextiles o productos sintéticos).

Proviene del término alemán ‘Ingenieurbiologie’ y en castellano se traduce como Ingeniería Biológicas o Bioingeniería.

La definición sada por el Profesor Hugo Schiechtl, uno de los principales expertos en la materia es la siguiente: “La Bioingeniería es una disciplina constructiva que persigue objetivos técnicos, ecológicos, estéticos y económicos, utilizando sobre todo materiales vivos como semillas, plantas, partes de plantas y comunidades vegetales. Estos objetivos se consiguen aprovechando los múltiples rendimientos de las plantas y utilizando técnicas constructivas de bajo impacto ambiental”.

La Bioingeniería se utiliza en todos los ámbitos de obra civil, especialmente en el ámbito de la consolidación de taludes, riberas y para el control de la erosión. A veces, se considera la Bioingeniería como sustitución de la ingeniería clásica, pero sin embargo, hay que entenderlo como un elemento necesario y complementario en las obras de ingeniería convencional.

Antecedentes de la Bioingeniería

Las técnicas de Ingeniería Biológica provienen de la época medieval, en la que los únicos elementos constructivos que existían eran las piedras y la madera. La sujeción de deslizamientos, caminos y terrenos erosionados por arroyos, aludes y cárcavas se efectuaba con estos materiales y su combinación con plantas vivas.

A finales del siglo XVIII, se tiene constancia de las primeras obras publicadas. Esto permite establecer el origen de estas técnicas en la Europa Alpina, particularmente en Austria y Suiza. En el año 1886, se publicó una obra recopilatoria titulada “Estabilización de las Riberas de nuestros Ríos y Desprendimientos de Tierras” (Robert Lauterburg). La aparición de nuevas técnicas y materiales, sobre todo el hormigón, hizo que las técnicas de Ingeniería Biológica quedaran relegadas al ámbito rural y forestal de la zona centroeuropea y perdieran relevancia a favor de estas últimas.

En la década de los años 30 del siglo XX, Europa Occidental sufrió una de sus crisis económicas más graves. Esto permitió que muchas de las técnicas de Bioingeniería se rescataran debido a su bajo coste.

En 1936, se creó en Alemania un centro oficial para investigación en Ingeniería Biológica. En una época de fuerte recesión, los deslizamientos, la erosión de los torrentes, las avalanchas y los aludes necesitaban técnicas artesanales baratas, con materiales disponibles in situ, de manera inmediata y a un coste mínimo.

A partir de 1980, en los países centroeuropeos, gracias a los progresos de las ciencias naturales y al conocimiento de las bases biotécnicas, se realizaron unas sustanciales mejoras en los métodos, con elección de materiales vivos más adecuados. Con ello, estas técnicas se volvieron más eficientes y se han desarrollado nuevos métodos de mayor eficacia. Hoy en día existe una variedad de métodos que pueden solucionar la mayoría de los problemas de afianzamiento de taludes y riberas que puedan presentarse.

Funciones de las técnicas de Bioingnería

Funciones técnicas

Se refieren a la protección y estabilización del suelo mediante el sistema radical.

• Protección de la superficie del suelo contra la erosión debido al viento, las precipitaciones, el hielo y la corriente de agua y protección contra la caída de piedras y el viento.
• Estabilización en profundidad del suelo y eliminación y absorción de fuerzas mecánicas nocivas.
• Disminución de la velocidad de la corriente en riberas, agregación y estabilización superficial y/o profunda del suelo, drenajes.
• Favorece la acumulación de nieve, arenas y arrastres de material y aumenta la rugosidad del terreno, creando así una defensa contra aludes.

Funciones ecológicas

Las funciones ecológicas cada vez están ganando más importancia, teniendo en cuenta que éstas escasamente se pueden alcanzar por parte de la ingeniería clásica y determinan:

• La mejora del balance hídrico por un aumento de la interceptación, mejora la capacidad de retención de agua del suelo y mejora del consumo de agua por las plantas
• El desarrollo de asociaciones vegetales más estables pertenecientes a las series de vegetación de la zona ,en especial el empleo de especies autóctonas que contribuyen a acelerar la recuperación del ecosistema original.
  • Drenaje del suelo, protección contra el viento y las emisiones, desagregación mecánica del suelo por las raíces de las plantas.
  • Compensación de las condiciones de temperatura en la zona sub-aérea y en el suelo.
  • Sombreado y mejora de la cantidad de nutrientes en el suelo, con el consiguiente aumento de la fertilidad de suelos pobres.
  • Protección contra el ruido y aumento de la productividad en áreas agrarias cercanas.

Funciones estéticas

Encaminados a la mejora del paisaje, siendo algunos de estos objetivos los siguientes:

• Restauración de cicatrices en el paisaje causadas por episodios catastróficos o por las actividades humanas (minería, obra pública, escombreras de inertes, escombreras mineras, vertederos de residuos industriales y urbanos.
• Integración de obras y construcciones en el paisaje
• Pantalla visual para la ocultación de diferentes infraestructuras de fuerte impacto visual
• Enriquecimiento de los paisajes mediante la creación de focos visuales y nuevas estructuras, formas y colores en la vegetación

Materiales usados por la Bioingeniería

La Bioingeniería utiliza materiales vegetales e integra materiales específicos de estructuras con vegetación. Los sistemas resultantes y sus componentes tienen ventajas y limitaciones que necesitan ser consideradas antes de seleccionarlos para su uso.

Componentes Vegetales Vivos

Una correcta elección del material vegetal vivo a utilizar en el ámbito de las obras de bioingeniería constituye la premisa fundamental para el éxito de las intervenciones.

Materiales inertes

Las estructuras pueden ser construidas a partir de materiales naturales o manufacturados. Los materiales naturales, como tierra, rocas, piedras y madera normalmente cuestan menos, son ecológicamente más compatibles, y son más apropiados para las revegetaciones o para absorber ligeras modificaciones que los materiales manufacturados. Los materiales naturales también pueden ser obtenidos sobre el terreno en el transcurso de la obra sin coste alguno.

Principales técnicas y métodos

Las técnicas se dividen en 4 grandes grupos:

1. Técnicas de recubrimiento
2. Técnicas de estabilización
3. Técnicas mixtas
4. Técnicas complementaria

Técnicas de recubrimiento

Son técnicas destinadas a evitar la erosión superficial. Dentro de este grupo se distinguen: siembras de diversos tipos, con o sin acolchados; hidrosiembras tanto de especies herbáceas como especies leñosas; empleo de mantas orgánicas en las siembras; traslado de tepes, o de fragmentos de plantas: rizomas y estolones, principalmente; recubrimiento con varas de salicáceas.

Técnicas de estabilización

Estas técnicas permiten estabilizar el terreno hasta 2 m de profundidad y se basan en la disposición de plantas leñosas obt nidas por reproducción vegetativa y colocada en filas horizontales. Las plantas tienen que tener la capacidad de emitir raíces adventicias de manera que formen un entramado que permita la sujeción del terreno. Dentro de estas técnicas se encuentran: estaquillados de sauces; lechos de ramaje; sucesión de estacas y faginas o ribalta viva; trenzados de mimbre; faginas de ribera; esteras de ramas; empalizadas.

Técnicas mixtas

A diferencia de las anteriores, estas técnicas conjugan la utilización de elementos vegetales con los materiales tales como madera, acero galvanizado, piedra, hormigón. El material inerte actúa como estabilizador hasta que las plantas sean capaces de realizar esta función. Dentro de estas técnicas se encuentran: entramados de madera; peldaños de leña; enrejados vivos; tierras reforzadas o muros verdes; mallas tridimensionales, geoceldas, etc; gabiones revegetados

Técnicas complementarias

Junto con las técnicas constructivas propiamente dichas, se deben utilizar otras técnicas que completan y complementan las anteriores pero que no cumplen una finalidad de estabilización o protección frente a la erosión, son por ejemplo la plantación de especies leñosas con el fin de acelerar el desarrollo de la vegetación, la creación de barreras antirruido, los drenajes, las rampas para peces, etc. La combinación de unas o más técnicas permite la obtención de resultados que combinan los aspectos técnicos de estabilización con los paisajísticos y ecológicos

Consideraciones para los proyectos y trabajos de Bioingeniería

Botánica

• Determinación de las especies más acordes según los condicionantes edáficos y climáticos. Árboles y arbustos, preferentemente de la vegetación local.
• Características botánicas de la especie (tipo de reproducción, hábito de crecimiento, tipo de sistema radical, etc.).
• Características fisiológicas de la especie (tolerancia a la sequía, tolerancia al encharcamiento, tolerancia a las condiciones edáficas de salinidad, cal, acidez, velocidad de crecimiento, etc.).
• Características biotécnicas de las especies:

Es el conjunto de capacidades técnicas propias de cada especie referentes a la:

1. Facultad de colonizar terrenos degradados (especies pioneras);
2. Capacidad de emisión de raíces adventicias;
3. Capacidad de enraizamiento de estacas y ramas;
4. Resistencia a la tracción mecánica de las raíces y brotes;
5. Resistencia a la caída de piedras;
6. Capacidad de cobertura de la superficie;
7. Capacidad de supervivencia postplantación;
8. Resistencia al encharcamiento.

Climática

Son las características macroclimáticas y micro climáticas. Para la valoración del microclima se tendrán en cuenta los parámetros siguientes: Altitud; pluviometría media y distribución; humedad relativa del aire y existencia de niebla; duración, cantidad y situación de los períodos de sequía a lo largo del año; temperaturas medias, máximas y mínimas; exposición al sol o a la sombra; condiciones de iluminación; continentalidad; épocas en que se producen fuertes precipitaciones, granizo, nevadas e inundaciones; viento: fuerza y persistencia; cambios súbitos de temperatura; valor del factor R de la ecuación universal de pérdidas de suelo.

De situación

Localización y zona climática; orientación.

Edafológica

Análisis de suelos; características del subsuelo.

Fitosanitaria

Estado fisiológico del material vegetal; estado patológico del material vegetal.

Hidrogeológica

Presencia de procesos activos naturales (erosión, desprendimientos, deslizamientos, etc.).

Hidrológica

Nivel de la capa freática; presencia de cursos de agua.

Medioambiental

Estudio de impacto ambiental.

Paisajística

Análisis del entorno; integración deseada

Topográfica

Pendiente; superficie

Aplicaciones

Las técnicas de bioingeniería se pueden aplicar en todos aquellos lugares donde las plantas que se utilizan como material vivo constructivo puedan crecer bien, en las zonas templadas, subtropicales y tropicales. Los límites claros son las zonas climáticas frías, áridas y semiáridas. Hoy en día tienen más utilidadpque en el pasad$, cuando sólokse empleaban en las zonas de montaña. En la actualidad, con los cambios en los modelos económicos y con una mayor sensibilidad hacia los temas ambientales y en términos generales de calidad de vida, la Bioingeniería tiene un gran campo de intervención en el paisaje y en la defensa del medio ambiente. Las técnicas de Ingeniería Biológica se emplean en los siguientes ámbitos:

• Restauración de obras (carreteras, autopistas, ferrocarriles)
• Estabilización de taludes y control de la erosión
• Regeneración de cursos de agua, marismas y espacios litorales
• Recuperación de terrenos afectados por actividades extractivas (graveras, canteras, minas)
• Restauración de espacios degradados (vertederos, escombreras...)

Limitaciones

Aunque estas técnicas ofrecen un amplio abanico de posibilidades, tienen asimismo una serie de limitaciones que condicionan su ejecución:

• Estacionalidad: los trabajos deben realizarse cuando el material vegetal se encuentra en un estadio vegetativo adecuado y cuando las características climáticas locales son favorables al adecuado enraizamiento de la vegetación. En la utilización de estacas de sauce, el período de intervención será durante la parada vegetativa ,esto es desde noviembre a febrero, mientras que para las hidrosiembras el periodo más favorable es la primavera
• Mantenimiento: al no ser las intervenciones de efecto inmediato, se deben realizar controles y un mantenimiento tras la realización: entresacas, resiembras, sustitución de plantas, abonados, podas, etc.
• Personal capacitado: dado que son técnicas recientes y que deben emplearse simultáneamente a otras técnicas de construcción, una limitación importante lo constituye la falta de personal formado en la ejecución concreta. De ahí la importancia de realizar cursos teórico prácticos para su formación
• Obtención del material vegetal a utilizar:

Muchas veces en el mercado no se encuentran las semillas de las especies y variedades más adecuadas a la intervención, por lo que se emplean mezclas de semillas estándar y no siempre las más idóneas. En cuanto a la obtención de sauces, en muchos casos se requieren el permiso de las autoridades competentes para su obtención.

• Condiciones de seguridad: estas técnicas pueden sustituir a las técnicas tradicionales solo cuando las condiciones ambientales y de seguridad garanticen su buen funcionamiento. En otros casos, por razones de seguridad, será preferible recurrir a actuaciones de la ingeniería clásica No se trata tanto de sustituir unas técnicas por otras sino utilizar las más idóneas en cada caso.

Efectos económicos

Las obras de Bioingeniería no son siempre más baratas que las obras de ingeniería clásica. Pero teniendo en cuenta la durabilidad de estas obras, incluyendo los trabajos de mantenimiento, las obras de bioingeniería normalmente son más económicas. Las ventajas más relevantes son:

• Ahorro de costes comparado con las técnicas tradicionales de construcción, aunque este punto no siempre se cumple; ahorro de costes de mantenimiento y saneamiento.
• Creación de zonas verdes y comunidades arbóreas y arbustivas utilizables por la población en terrenos anteriormente degradados o baldíos.

Perspectivas

Las investigaciones científicas de los últimos 40 años, la incorporación de nuevos materiales industriales, la evolución de los criterios y de las capacidades técnicas han llevado a la consolidación científica de esta disciplina que en base a nuevas exigencias sociales y culturales, y a un cambio en la escala de valores, sobre todo con la emergente conciencia ambiental, se ha convertido en un instrumento operativo, no sólo para el control de la erosión, sino también para protección del ambiente natural. Se ha pasado de la actuación empírica de la agricultura de montaña, centrada exclusivamente en la defensa del suelo y la potencialidad de estas técnicas en el campo general de la defensa del paisaje y del medio ambiente

Fuentes

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