Una guía para comprender qué es la Bioingeniería de suelos 

La bioingeniería es una disciplina que combina los principios de la ingeniería con conceptos de la biología para diseñar y desarrollar soluciones tecnológicas aplicadas a sistemas biológicos.

Por otro lado, la bioingeniería de suelos combina la aplicación de técnicas que utilizan las plantas como materiales de construcción vivos, mediante el conocimiento de sus propiedades mecánicas y/o biológicas. 

La bioingeniería es un componente reconocido de la ingeniería ecológica, definida a su vez como "el diseño de sistemas sostenibles, coherentes con los principios ecológicos, que integran la sociedad humana con su entorno natural en beneficio de ambos" . 

Los principales objetivos de la bioingeniería son: 

• Controlar riesgos ambientales generados a partir de actividades humanas 

• Restaurar suelos degradados

• Reintroducir especies vegetales y animales en entornos alterados 

• Aumentar la calidad del suelo, el aire y el agua 

• Reestablecer un equilibrio natural en los ecosistemas empleando elementos vivos

• Abordar problemáticas relacionadas con la estabilidad del suelo y la erosión

• Promover y desarrollar sistemas de infraestructura urbana sostenible

Los trabajos de bioingeniería requieren comprender la interdependencia de los procesos hidrológicos, ecológicos y biofísicos del sitio a restaurar. Es necesario comprender cómo utilizar las plantas y organismos vivos para alcanzar los objetivos previstos y predecir cómo se desarrollará la estructura de bioingeniería a instalar. Para ello, hay que tener en cuenta distintos factores durante el análisis, como por ejemplo las condiciones climáticas y ecológicas del lugar.

Actualmente, existen distintas tecnologías y enfoques utilizados en la bioingeniería para restaurar sitios dañados.  En muchos casos, la técnica a emplear es una combinación de varias técnicas, o una “técnica mixta”. Este tipo de técnicas se utilizan para mejorar la resistencia de la estructura y la resiliencia de los sistemas a regenerar. 

Algunas de las técnicas de bioingeniería más utilizadas actualmente incluyen:

La hidrosiembra es una técnica en la cual se mezclan semillas, agua, fertilizante, estabilizadores del suelo, fibras e hidromulch. Se aplica directamente sobre el suelo por medio de una máquina hidrosembradora.

La aplicación hidráulica del mulch de fibras naturales genera una protección del suelo desnudo y actúa como medio de siembra para las especies seleccionadas. Esta tecnología permite además la activación biológica del suelo mediante la adición a la mezcla de enmiendas específicas.

La hidrosiembra como técnica de regeneración puede aplicarse en los siguientes ecosistemas:

• Taludes 

• Revestimiento de Canales

• Áreas Planas Extensas

• Rellenos Sanitarios

• Canchas Deportivas o Parques

• Protección de costas

• Parquizaciones 

• Áreas degradadas por fuego 

El pasto Vetiver (Chrysopogon zizanioides) es una planta herbácea perenne de crecimiento rápido con un sistema de raíces extenso, denso y profundo. En ambientes tropicales, se ha demostrado que puede sobrevivir durante períodos de hasta 100 años. 

El sistema radicular del vetiver logra alcanzar profundidades de hasta 4 mts, las raíces muy fuertes, que forman una masa esponjosa, y muy ramificada, manteniendo el suelo protegido y sujeto.La especie no tiene estolones , no coloniza por fuera de la zona de influencia de su corona. Actualmente, es muy utilizada en obras de bioingeniería por su robusto sistema de raíces y rápido crecimiento. A su vez, se trata de una planta fácil de usar, y no resulta invasiva para otras especies ya que no produce semillas fértiles. 

Algunas de las áreas de uso general del pasto vetiver son:

• Agricultura

• Estabilización de taludes

• Tierras y aguas contaminadas (biorremediación)

• Márgenes de agua

• Estructuración de suelos

• Creación de barreras naturales

Las técnicas de control de erosión permiten la contención y estabilización superficial del suelo. 

Por ejemplo, los métodos de control a través de la vegetación construyen una estructura de raíces que resulta eficaz para evitar la erosión. La cubierta vegetal rugosa frena la velocidad del agua y cubre el suelo desnudo, reduciendo las fuerzas erosivas de corrientes. Esto también contribuye a la mejora de la infiltración del agua, entre otros beneficios. 

Existen también materiales específicos que son empleados cuando las condiciones del terreno son muy extremas y es necesario estabilizar el suelo para que la vegetación pueda establecerse correctamente. Tal es el caso de mantos antierosivos y de refuerzo de vegetación

A gran escala, la conectividad lateral de la vegetación introducida reduce las corrientes de descarga y su velocidad. Esto reduce los efectos erosivos en los cauces de ríos aguas arriba y aguas abajo.

Algunos usos potenciales de las técnicas de control de erosiónson:

• Taludes

• Canales

• Riberas de ríos

• Orillas de los lagos 

• Laderas de escorrentía

• Humedales

• Paisajes naturales

• Restauración de costas

Los hábitats costeros proporcionan una inmensa cantidad de beneficios para el ambiente y las comunidades. Entre ellos se encuentran, por ejemplo, alimentos y materiales bióticos, protección costera frente a las tormentas y la erosión, alimentación y refugio frente a la depredación para organismos comerciales y no comerciales. A su vez, brindan servicios culturales como el turismo o el ocio, y contribuyen a la mitigación y adaptación al cambio climático. 

Muchas comunidades costeras, en su mayoría de países en desarrollo, dependen de los ecosistemas costeros marinos para alimentarse y mantenerse con vida.

La extensión y el estado de los ecosistemas costeros marinos están amenazados en todo el mundo como resultado principalmente de impactos antropogénicos como el cambio en el uso del suelo y la pérdida de hábitats para las especies asociadas.

Las soluciones de restauración de costas tienen como objetivo estabilizar los márgenes de agua para mitigar la erosión y recuperar zonas de transición. Estas consisten en la implementación de tecnologías novedosas que integran distintos tipos de materiales con la vegetación propia de costas, para lograr resultados integrados con el paisaje propio del lugar.

Imagen 2: Beneficios ambientales de la bioingeniería de suelos

Actualmente, el mayor uso de las técnicas de bioingeniería de suelos se aplican a la prevención y remediación de la degradación de suelos debido a actividades industriales.

Debido a la naturaleza de estas actividades, se generan procesos de contaminación local y difusa, debida a la emisión y transporte de contaminantes a través del aire, el agua y la tierra, a menudo en regiones alejadas de la fuente original. A su vez, existen riesgos de erosión, y de alteraciones hidrológicas que podrían mitigarse a través de técnicas preventivas de bioingeniería adaptadas a cada actividad. 

Algunas actividades industriales que poseen altos riesgos de erosión son:

• Transporte de energía y materiales

• Uso de máquinas para extracción de combustibles

• Corredores viales y ferroviarios

• Rellenos sanitarios

• Centrales termoeléctricas

• Refinerías de combustibles fósiles

• Industrias de metales o químicas

• Extracción de minerales y metales

• Construcciones

A continuación, presentaremos ejemplos de casos concretos y reales de proyectos de bioingeniería que han tenido éxito en la restauración de sitios dañados:

La actividad minera produce una gran cantidad de desechos. Una de las mayores problemáticas es su almacenamiento en condiciones adecuadas de estabilidad, y seguridad para con el entorno. En general, estos materiales se depositan en grandes pilas que constituyen las denominadas “escombreras”. La restauración ecológica de las mismas tiene como objetivo integrar dichas superficies con el ambiente, recomponiendo las características de la flora y paisaje nativo.

En este caso, se propuso evaluar el sistema de hidrosiembra. Esta técnica  consiste en la aplicación de hidromantos basados en una mezcla acuosa constituida por un mulch de alto desempeño: Flexterra® FGM HD. Su principal característica es que, una vez aplicado, se fija con la superficie del suelo para crear un manto continuo, poroso y absorbente, también denominado hidromanto.

A la mezcla se le adicionaron semillas de especies nativas recolectadas en la zona, y se utilizaron fertilizantes orgánicos y microorganismos para fomentar la activación biológica del suelo, requisito fundamental para la sustentabilidad de la vida vegetal.

Imagen 3: Trabajo del equipo de GEO Soluciones en restauración de escombreras para reducir pasivos mineros en la Patagonia austral

Como fue mencionado en este artículo, el control de erosión en taludes puede realizarse a través de técnicas de bioingeniería, las cuales buscan recuperar el equilibrio entre la vida del ecosistema y las actividades humanas. 

En este caso, presentamos imágenes de 2 casos desarrollados en base a técnicas combinadas de bioingeniería de suelos para el control de erosión en taludes:

a- Técnicas de hidrosiembra + Biorretenedores 

b- Aplicación de biomantos + Biocontenedores 

Imagen 4: Trabajo de control de erosión de taludes con técnicas de hidrosiembra + Biorretenedores. 

Imagen 5: Trabajo de control de erosión de taludes con técnicas de aplicación de biomantos + Biocontenedores. 

La bioingeniería de suelos se propone restaurar la salud de los suelos degradados, mejorar la calidad del agua, mitigar la erosión y promover la resiliencia de los ecosistemas. Esto es útil para distintas industrias desarrolladas actualmente, como el transporte de combustibles, producción de energía, rellenos sanitarios y extracción de metales, entre otros.

A medida que enfrentamos desafíos ambientales cada vez más urgentes, como el cambio climático y la degradación de los recursos naturales, la bioingeniería de suelos emerge como una herramienta valiosa para promover la sostenibilidad y la regeneración de nuestros ecosistemas. 

Al combinar la innovación científica con la conciencia de la importancia de preservar nuestro entorno, esta disciplina nos brinda la oportunidad de remediar los efectos negativos de la actividad humana y construir un futuro en el que la naturaleza y los humanos convivamos en equilibrio. 

EEA & UNEP, Down to earth: Soil degradation and sustainable development in Europe, 2000, Environmental issue series

Rey, F. et al. Soil and water bioengineering: Practice and research needs for reconciling natural hazard control and ecological restoration, 2019, Science of The Total Environment.

Gyasi-Agyei, Y., Innovation in erosion control on railway steep slopes (batters), 2003, Conference: 6th International Railway Engineering Conference

Horn, R. et al., Consequences of gas pipeline hauling on changes in soil properties over 3 years, 2021, Soil and Tillage Research

Lewis, L. et al., SOIL BIOENGINEERING: An Alternative for Roadside Management, 2000, San Dimas Technology & Development Center