INGENIERÍA DE LA RESTAURACIÓN: PRINCIPIOS Y TÉCNICAS PRINCIPIOS DE LA INGENIERÍA DE LA RESTAURACIÓN

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1 INGENIERÍA DE LA RESTAURACIÓN: PRINCIPIOS Y TÉCNICAS PRINCIPIOS DE LA INGENIERÍA DE LA RESTAURACIÓN El movimiento de tierras, como consecuencia de la intensificación de las actividades extractivas, del urbanismo, y de la construcción de obras públicas, así como la erosión asociada al incremento de la superficie agrícola, son procesos que han experimentado una fuerte aceleración a lo largo del siglo XX. En la actualidad, el hombre representa un agente geológico de primer orden. A escala global, se ha estimado que el movimiento de tierras generado por las actividades humanas durante la década de los años noventa es de Millones de toneladas al año de suelo y rocas, muy similar al producido por la erosión hídrica natural (tabla 1; McNeil, 2000). La minería a cielo abierto representa el 1% de la superficie continental mundial. Dada su magnitud, este fenómeno se podría reconocer como otro de los procesos incluidos en el Cambio Global de la Biosfera. Tabla 1. Tasas anuales de transporte de rocas y suelo. Tomado de McNeil, a Incluye la llegada, no inducida por el hombre, de sedimentos a lagos, mares y océanos, así como los materiales transportados dentro de cuencas. Agente Transporte (Millones Tn / año) Erosión eólica 1000 Glaciares 4300 Elevación de montañas Volcanes oceánicos Hombre Agua a Estas actividades antrópicas ocasionan una degradación del medio natural a nivel de la cubierta vegetal, del suelo y del basamento geológico-geomorfológico, por lo que afectan a los componentes de los ecosistemas suministradores de recursos a las plantas. Debido a la intensidad del movimiento de tierras el principal problema ambiental que se ocasiona es la erosión. La erosión, tanto como un factor que puede afectar a la funcionalidad de la propia obra civil, como factor de perturbación y contaminación sobre los ecosistemas acuáticos y poblaciones humanas de aguas abajo. Otros problemas son los relacionados con el impacto visual y acústico y la eliminación de enclaves de alto valor ecológico. Para remediar estos síntomas (problemas), sobre todo el de la funcionalidad de la propia obra civil, se han desarrollado una serie de técnicas de restauración con el objetivo de dotar de estabilidad a la propia obra (control de la erosión en taludes, cunetas, cauces). Una estabilidad básicamente geomorfológica o geotécnica, no necesariamente ecológica, que sería la derivada de la existencia de un ecosistema funcional. Para ello se utilizan una serie de elementos constructivos (inertes y vegetales), con un comportamiento físico predecible. Por otro lado, para cumplir el objetivo de no impactar sobre los ecosistemas del entorno mediante la emisión de sedimentos, se utilizan otras técnicas, más específicas para el control de sedimentos. Hay dos diferencias importantes en relación a la restauración ecológica : la búsqueda de la estabilidad más por medios constructivos que ecológicos (por lo que con

2 frecuencia se requieren acciones de mantenimiento) y la ausencia de un planteamiento de integración de la obra civil en los ecosistemas del entorno. La minería a cielo abierto de gran magnitud (carbón, uranio, grandes canteras, graveras y otras) escapa a estos planteamientos, tendiendo a realizarse restauraciones ecológicas con el objetivo de conformar ecosistemas funcionales. La International Erosion Control Association es la voz de esta escuela de restauración. La Bioingeniería del paisaje Una subdisciplina de la ingeniería de la restauración es la Bioingeniería del paisaje. Bioingeniería es el uso de cualquier forma de vegetación como material de ingeniería. Se considera material de ingeniería el que tiene un comportamiento y características cuantificables. En las técnicas de bioingeniería el uso de la vegetación se combina con el de estructuras inertes. La bioingeniería surgió a finales del siglo pasado y principios del actual en los países alpinos (Austria, Suiza, Alemania) para resolver los problemas de inestabilidad de las laderas producidos tanto de manera natural como por la construcción de infraestructuras en los Alpes. Eran épocas de escasa disponibilidad de medios por lo que se desarrollaron técnicas baratas, sencillas, basadas en el uso de material vegetal. En los últimos años está habiendo un resurgimiento de la bioingeniería, la cual presenta algunas ventajas sobre las técnicas puramente ingenieriles: no requieren mantenimiento y son más baratas. En efecto, la vegetación tiene la capacidad de automantenerse y responder dinámica y naturalmente a los posibles cambios que sucedan, sin perder sus propiedades constructivas. Las técnicas de la ingeniería de la restauración y de la bioingeniería (más estas últimas) son también aplicables en la restauraciones de ecosistemas, especialmente en situaciones difíciles, ya que por su elevado coste su uso no puede ser generalizado. TÉCNICAS DE LA INGENIERÍA DEL PAISAJE La restauración de estos espacios tan degradados implica la conformación de una nueva topografía, la formación de un suelo y la implantación de la vegetación. El primer paso es conformar una topografía que sea geomorfológica y ecológicamente estable. Sin embargo son frecuentes los desmontes y taludes de relleno de fuerte pendiente, debido a que la constitución de formas más suaves implicaría la ocupación de una mayor superficie, lo que encarece la obra. Así que son frecuentes las topografías abruptas (taludes con pendientes superiores a 30º). En cuanto al suelo, se tiende a aprovechar la tierra vegetal, aunque a menudo una parte de la superficie queda sin cubrir, dado que la superficie final (la de la nueva topografía) es mayor que la original. Y, por otro lado, en determinados desmontes de fuerte pendiente es imposible fijarla. Es decir, que frecuentemente hay que trabajar sobre sustratos geológicos, estériles. La revegetación suele constar de una primera fase en la que se introduce una mezcla de herbáceas de crecimiento rápido y cubrimiento perenne, que amortigua la erosión y aporta, vía hojarasca y raíces, materia orgánica al suelo. Posteriormente puede introducirse vegetación arbórea y arbustiva. El objetivo es implantar una cubierta

3 vegetal protectora, que evite la erosión. (No tanto recrear un ecosistema funcional con capacidad de automantenimiento e integrado en el entorno). La fertilización mineral es general. La fertilización orgánica cuando económicamente es viable. Una buena parte de las técnicas de la ingeniería de la restauración tienen como objetivo crear un suelo estable, biológicamente activo, en el que establecer una cubierta vegetal, por lo que conjuntamente abordan la siembra y la fertilización, mejora y protección del sustrato. Diseño de la topografía del relieve Habitualmente el diseño de las formas de relieve (laderas artificiales, etc.) se basa en criterios de estabilidad geotécnica y de reducción de costes. Los criterios de estabilidad ecológica suelen estar ausentes. Las pendientes, longitudes y perfiles de las laderas, el tamaño de las cuencas hidrológicas, el trazado de los cauces se suelen determinar, en nuestro país, a partir del conocimiento empírico que se ha acumulado en experiencias anteriores, sin realizar predicciones previas. Sin embargo, existen modelos predictivos de la erosión que se utilizan como herramientas para el diseño. En la práctica habitual se aplican modelos predictivos de la pérdida de suelo y, en concreto, se utiliza de forma generalizada la USLE (Universal Soil Loss Equation), modelo empírico de predicción de pérdida de suelo, y sus derivados: RUSLE (Revised Usle), MUSLE (Modified Usle). La Rusle predice erosión pero no realiza ninguna previsión hidrológica. Está a punto de salir al mercado una nueva versión específica para áreas generadas por el hombre: minería, carreteras, etc.: Rusle for constructed sites, que puede ser una alternativa mejor a la actual. Lo más habitual es combinar un modelo hidrológico sencillo (el método del Número de Curva) con la Usle o Rusle y así tener una predicción del volumen de escorrentía y de la pérdida de suelo: Musle. Fifield (1995) ha elaborado un programa informático comercial Evaluating the effectiveness of erosion and sediment control plans para la elaboración de planes de control de la erosión en áreas generadas por el hombre que es una adaptación de la Musle. Este programa opera con unidades americanas y está en proceso de adaptación para operar en el Sistema Internacional de unidades. Técnicas para la creación de suelo y de revegetación Estas técnicas se podrían clasificar según un gradiente de menor a mayor asistencia y ayuda que se le da al suelo. Así, la medida más simple consistiría en una siembra con método tradicional sobre un sustrato en el que se puede aplicar algún tipo de fertilización extensivo e, incluso, algún tipo de mulching protector: paja, celulosa... El mulching cumple la misión de amortiguar la energía de las gotas de lluvia, disminuir la evaporación y crear unas condiciones microclimáticas favorables para la nascencia de las plántulas. Hidrosiembra Un paso más lo constituye la hidrosiembra, en la que la ayuda al suelo es mayor. Los componentes clave son: - semillas - fertilizantes - estabilizantes - mulches

4 - correctores del ph - aditivos especiales Se agita en el tanque y la mezcla se proyecta a presión a los taludes o superficies. Si las condiciones climáticas no son extremas, al cabo de los pocos días empieza a establecerse una cubierta vegetal. El terreno debe estar húmedo o realizarse en épocas adecuadas: otoño (preferentemente) o primavera. En taludes de fuerte pendiente se utilizan soportes de hidrosiembra para revestir el talud y sujetar la mezcla y el suelo (mallas, redes de coco, etc...). Las ventajas que presenta son: - la vegetación se establece más rápido que con las siembras manuales (20-25 %) - se ahorran costes de mano de obra (en un día una o dos personas pueden hidrosembrar dos hectáreas con un equipo de litros de capacidad) - la precisión con que pueden proyectarse los ingredientes de la hidrosiembra. Las limitaciones: - el cubrimiento de la superficie del talud es parcial (60-70%, máximo). - el éxito requiere acertar en las dosis de semillas y de los otros componentes. - el éxito depende de las condiciones climáticas (lluvias fuertes que lavan, periodos de sequía). Los componentes más habituales de las hidrosiembras son los siguientes: Mulches de fibra corta: - fibra de madera virgen: 100% fibra de madera virgen, exenta de sustancias perjudiciales, ph neutro. En dosis de 60 a 100 gr/m 2. - turba tamizada (para mezclar con fibra de madera) - paja (balas de paja finamente picada). - coco (mantiene la humedad y protege). Estabilizantes orgánicos: Se producen a partir de sustancias naturales (harina de semillas). Dosis de 8-12 gr/m 2. Actúan como un pegamento natural que fija el mulch, las semillas, etc... y a la vez estabiliza el suelo. Estabilizantes sintéticos: Basados en polímeros líquidos que se combinan con otras sustancias auxiliares, como agentes de humidificación y secadores (toma acelerada de oxígeno). Una vez que las semillas han enraizado se descomponen por oxidación con el oxígeno de la atmósfera, el calor y la radiación UV y se convierte en C, CO 2, H 2 O y sustancias no dañinas para el medio ambiente. Acumuladores de agua: Pueden usarse distintas sustancias acumuladoras de agua. Polímeros, silicatos, etc... Mejorantes de suelos (alginatos): Se trata de poliurónidos (polisacáridos con una fuerte capacidad de intercambio iónico que se combinan con las partículas del suelo y crean complejos arcillo-húmicos muy estables. Son productos elaborados a partir de algas marinas, a veces con arcilla. Dosis de 30 a 100 grs/m 2. La gran capacidad de los poliurónidos para retener el agua y fijar nutrientes permite la germinación, un rápido crecimiento y un buen desarrollo radicular. Soportes de hidrosiembra: Antes de hidrosembrar se reviste la superficie del talud con redes o estructuras bi o tridimensionales, que gracias a sus orificios o celdas actúan como pequeños diques, en los que se depositan los materiales proyectados impidiendo el arrastre de las lluvias. Se trata de las redes orgánicas y sintéticas (geotextiles) y de las mantas orgánicas. Redes orgánicas

5 Su función principal es la sujeción de las hidrosiembras, aunque también favorecen la retención de agua y la incorporación de materia orgánica al suelo. Se aplican a taludes y a orillas de cauces. Las más habituales son de yute y coco. Las de yute tienen una vida más corta (se descomponen en dos años) y son más baratas. Las de coco son más resistentes y las hay con diversos tamaños de luz (más densa cuanta mayor pendiente o intensa sea la erosión). Se presentan en rollos que se extienden sobre la superficie a tratar. Mantas orgánicas Consisten en un acolchado de paja, heno, coco o esparto cosido con una redecilla de PP (polipropileno) fotodegradable, que se presenta en rollos que se extienden sobre la superficie a tratar. Constituyen un paso más en la asistencia al suelo, por su estructura tridimensional. Además pueden llevar una mezcla de semillas, en cuyo caso llevan en la parte posterior un papel especial que evita la pérdida de las semillas. Las funciones que cumplen son múltiples: protegen el suelo de la erosión (golpeteo de las gotas de lluvia, escorrentía...), crean un microclima que favorece la germinación de las semillas, favorecen la conservación de la humedad (son materiales higroscópicos), aportan materia orgánica al degradarse. Su duración va de 1,5-2 años hasta mas de 3 las de coco. Se colocan con grapas a fin de que estén en completo contacto con la superficie a tratar. (También hay algunos mulches (Soil Guard) para ser hidráulicamente aplicados en la hidrosiembra que por su densidad pueden equipararse a mantas orgánicas). Geotextil de trama abierta Geotextil es un término que engloba una amplia gama de productos de base sintética que se utilizan en muy diversos problemas dentro de la ingeniería civil y ambiental: aislamientos en vertederos, separación de capas de materiales distintas, etc... Como soporte de hidrosiembra en taludes se utiliza un tipo de geotextil con trama abierta, generalmente formado por fibras sintéticas (poliamidas de alta resistencia) y fibras orgánicas (yute), que se descomponen con el tiempo. Mantas de refuerzo (Turf Reinforcement Mats) Se trata de una matriz tridimensional flexible de polipropileno de un grosor entre 1,5 y 2 cm con un 90% de espacio vacío, que en su interior puede contener y retener suelo y semillas. En relación a las mantas orgánicas se diferencian en que duran más tiempo y dan una protección durante un periodo mayor. Se aplican pues, en sitios más difíciles. Las hay de dos tipos, de tejido menos denso, que se suelen rellenar de tierra, emergiendo las raíces dentro o debajo de la matriz. Y de tejido más denso, que no se rellena de tierra y se coloca por encima del suelo sembrado. Sistemas de confinamiento celular (Geocélulas) Es un paso más en la formación de un suelo. Se trata de una red tridimensional de celdas como la de un panal que se ancla sobre la superficie a tratar y se rellena con el

6 material que se desee (tierra vegetal, arena, mulch...). Puede tener entre cm de altura. Posteriormente se siembra. Mallas tridimensionales volumétricas Son mallas para la creación de suelo en ambientes muy adversos mediante su relleno con tierra tamizada o proyección de sustrato con hidrosiembra (varias pasadas). Se ancla en el suelo con grapas de acero. Cintas de coco con piquetas Son redes orgánicas de una anchura entre 15 y 40 cm que se colocan sobre la superficie como si fueran vallas formando una retícula, cuya misión es fijar la tierra vegetal. Bloques articulados Son bloques de cemento que pueden cubrir toda la superficie del talud o del cauce o dejar entre ellos huecos que se rellenan de suelo y plantan. Hay un sistema de cimentación in situ, que supone un gran ahorro en transporte. Mantas de piedra Se trata de colchones de piedra suelta contenidas en una malla de alambre que se extiende sobre el talud. Éste se siembra previamente, creciendo la vegetación a través de las piedras. Pacas y rollos de paja Se colocan en hileras transversales a la pendiente del talud, insertados en el suelo, a fin de frenar la energía de la escorrentía. Es una medida complementaria de la hidrosiembra. Bio-rollos Para fijar orillas y facilitar su revegetación. Se trata de cilindros de 2-3 m de largo y 25 a 100 cm de diámetro de fibras de coco y paja-coco con una red de yute que se colocan anclados con estacas. La vegetación enraíza en ellos.

7 Técnicas convencionales de la Ingeniería del paisaje ESTABILIZACION DE PENDIENTES Estructuras de retención - paredes de 'gabiones'; paredes de madero, hormigón y de elementos de metal; paredes construidas con cantos en mortero; paredes de elementos encajados; paredes reforzadas; sistemas de retención celulares. Geo,enrejados y geo-texliies - Materiales sintéticos incorporados en pendientes reconstruidos que estabilizan el terreno gracias al aumento de la resistencia a la fricción y al esfuerzo cortante. Mantos, esferas y redes - recubrimiento de pendientes que favorece el crecimiento de la vegetación utilizando materiales naturales y/o sintéticos. Incluye productos hechos de viruta, yute, fibra de coco, paja, coco y varios materiales sintéticos. Cubierta orgánica hidráulica - Materiales procesados que se aplican con un equipo especial, utilizando uno especie de borro a base de o ua que se rocía en lo superficie de la pendiente. Incluye productos hechos de productos de madera virgen o reciclada; productos de pope reciclada; combinaciones de productos de pope y de madera; fibras de algodón; fibras de poia. Aglutinantes y emulsiones - 'Colas' naturales y sintéticas que ogiutinan los partículas de suelo. Siembra de hierba, leguminosas y otras plantas herbáceos - Una de los maneras más simples y más económicas de estabilización de pendientes. PROTECCION DE RIBERAS DE RIOS Escolierado - afianzamiento para rocas desde de pequeños a grandes, uno de- los materiales más usados. Gabiones - Cestos de alambre rellenados de piedra con- unos prestaciones comprobados en una amplio gama de aplicaciones. Esteras de refuerzo Estero-sintéticos que resisten a la erosión y sujetan los sistemas de raíces. Fibra de coco - geotextiles orgánicos muy fuertes que retienen y estabilizan el suelo hasta que la vegetación puedo establecerse. Mantos y esferas - Productos similares a los usados poro la estabilización de pendientes. Geo,enrejados y geo-lextiles - Enrejados y tejidos usados poro refuerzo y estabilización. Sisiemos de bloques articulados - Bloques de hormigón unidos con cables u otras configuraciones; son flexibles y pueden albergar vegetación herbácea o leñosa. Sistemas de retención celulares - Estructuras de colmena que se pueden rellenar con hormigón, grava o tierra. También se puede plantar vegetación. Proporciona resistencia por retención. Muy versátil. Sistemas de tejidos y hormigón - Tubos y cojines de geo-textiles que van llenos de hormigón para proporcionar un sistema de protección de afianzamiento duro.

8 La Bioingeniería Los orígenes de la bioingeniería se sitúan en los países alpinos de Europa (Suiza y Austria), con obras escritas ya en el siglo XVIII. El desarrollo moderno de la disciplina tuvo lugar en los años 30 en Austria. La razón de que esta disciplina surgiera en los Alpes fue la necesidad de controlar los desprendimientos de tierra, torrenteras, avalanchas de montaña unido a la recesión económica de los años 30 que obligó a utilizar técnicas artesanales baratas disponibles in situ de manera inmediata. Estos fenómenos de erosión intensa aparecen años después en la ingeniería civil, por lo que la técnica se extiende. De hecho estas técnicas se aplicaron en el programa de autopistas del gobierno de Hitler en Alemania. Después de la 2º Guerra Mundial hay un declive. Con la nueva conciencia ambiental desde los 70 ha habido un resurgimiento, liderado por el Dr. Schiechtl de Viena. El argumento de partida de la bioingeniería es que para el control de la erosión y la restauración paisajística, las técnicas tradicionales de la ingeniería civil no son sostenibles a largo plazo debido a lo caro que resulta la inversión inicial y (más importante) a las crecientes necesidades de mantenimiento a lo largo del tiempo. Las técnicas de bioingeniería son más sostenibles a lo largo del tiempo ya que la vegetación tiene capacidad de auto-regeneración y es capaz de responder de forma dinámica y natural a condiciones cambiantes, sin perder sus propiedades ingenieriles (Rickson & Morgan)