La bioingeniería es una disciplina constructiva que persigue objetivos técnicos, ecológicos, estéticos y económicos, aprovechando los múltiples rendimientos de las plantas y utilizando técnicas de bajo impacto ambiental (1). Dentro de estas técnicas se incluyen los entramados de madera con vegetación o muros Krainer (Figura 1). Éstos combinan elementos constructivos inertes con elementos vegetales vivos, consiguiendo la protección y estabilización de taludes a corto, medio y largo plazo. El muro, construido a base de postes de madera ensamblados alternativamente entre sí, se levanta paralelo al talud y el trasdós se rellena con tierra vegetal y gravas. En los huecos entre los troncos se introducen estaquillas, ramas vivas o plantas adaptadas a las condiciones locales (2).

Estas estructuras se utilizan en la consolidación de taludes de obras civiles como en carreteras y pistas, recuperación de minas, escombreras, vertederos, etc., prestando especial atención a las características del entorno y a la vegetación a emplear. El objetivo último de las técnicas de bioingeniería es el aumento de la complejidad y diversidad de un ecosistema degradado, hasta alcanzar un equilibrio dinámico que garantice la estabilidad y una mejora paisajística del medio (3).

No obstante, su uso más generalizado se ha centrado en la restauración de ríos, persiguiendo la mejora ecológica de los cursos fluviales (tanto del hábitat como de la fauna y flora asociadas). La consolidación del talud tiene como misión fundamental preservar el cauce y las orillas, protegiéndolos contra la erosión, generalmente provocada por desequilibrios en el funcionamiento del río (ausencia de vegetación riparia, presencia de obras hidráulicas, etc.).

Soluciones como ésta frente a las puramente constructivas (escollera, hormigón, etc.) conllevan efectos beneficiosos asociados como proporcionar refugio y alimento para la fauna, servir como corredor ecológico, amortiguación de crecidas, mejora de la calidad del agua y del paisaje, fijación de CO₂, etc. La implantación de vegetación en un talud proporciona una mayor estabilidad al terreno, mejora la estructura del suelo, reduciendo la erosión hídrica y favoreciendo la integración paisajística (4) (5) (6). Por todo ello debe promoverse su uso.

Desde el punto de vista constructivo, los muros Krainer se pueden ejecutar a una o a dos paredes (Figura 1), siendo preferible la primera en situaciones de espacio limitado (7) y la segunda cuando tenga que resistir mayores empujes o salvar una altura superior (8).

El cuerpo principal es un entramado de troncos, de madera muerta (pino, castaño, etc.) o madera viva (chopo, sauce, etc.). Para el caso de carreteras o pistas en las que la disponibilidad de agua sea baja, son aconsejables maderas resistentes (pino o castaño) y de mayor durabilidad. En riberas, se recomiendan las salicáceas del entorno a restaurar ya que, a pesar de ser maderas más livianas y de menor durabilidad, se consigue una mejor revegetación (por su capacidad de rebrote), y mayor adaptación, disminuyendo costes.

Una madera sometida a las condiciones de humedad de una ribera, tiene una durabilidad estructural de 5-10 años en salicáceas y 10-15 en coníferas (9). No obstante, en un plazo breve de tiempo (menos de 5 años en riberas y unos 5-10 en condiciones más xéricas) la vegetación del muro (incluso el propio rebrote del tronco) se habrá desarrollado encargándose de la estabilidad y protección del talud (10), pues su sistema radicular es capaz de soportar tensiones del terreno de hasta 40 N/mm² (6). Alcanzada esta situación, la misión inicial de los troncos es secundaria, resultando conveniente su degradación por motivos estéticos.

Los troncos paralelos al talud tendrán una longitud de 3-5 m, uniéndose entre sí cuando la zona a restaurar sea más larga. Los troncos perpendiculares no superarán los 2 m. El diámetro debe estar entre 10-30 cm (1) para evitar el lavado del material de relleno (11) y que la estructura se deforme o rompa (12). En la variante a una pared, los troncos perpendiculares acabarán en punta para clavarse al fondo del talud (3).

El plano de colocación irá en contrapendiente del 10-15% para mejorar su función de soporte (13). La primera fila de troncos se coloca paralela al talud. La unión entre troncos es machihembrada o encastrada, fijándola con clavos, tirafondos o pernos. Para afianzar más las uniones se pueden utilizar cuerdas o alambres. Los troncos de la base se sujetarán con pilotes metálicos de longitud 1,5-2 m (3). La celda resultante en la base del muro ha de rellenarse con piedras y gravas para evitar que se pierda el material de relleno.

Cuando el entramado actúe como defensa de una ribera (Figura 1), debe colocarse al pie del mismo una fila de piedras de escollera (7) para evitar la erosión de fondo – causa más frecuente de rotura de muros en ríos (14)–. Los muros Krainer soportan grandes tensiones, velocidades y pendientes de taludes (15) (16) por lo que se pueden colocar en zonas donde la incidencia de la corriente tiene mayor potencial erosivo (17) (12) como en la parte exterior de los meandros y en la zona afectada por las crecidas ordinarias (18).

El montaje prosigue con la colocación del plano de troncos perpendicular a la fila anterior. Después de haber realizado uno o dos planos, se rellena la estructura celular con tierra vegetal y gravas –los distintos tipos de materiales evitan el lavado del relleno de la estructura (11) y se coloca el material vegetal adaptado a la zona –producirá un efecto sellado al cubrir los huecos que quedan entre los troncos (12) y evita que el material de relleno se hunda o que el agua lo arrastre (13). En el caso de ríos: estacas vivas con capacidad de rebrote (sauces, chopos, etc.) y/o plantas enraizadas (alisos, fresnos, etc.) en contacto con la humedad freática y de longitud suficiente para cubrir la estructura de madera. Se realizan los planos sucesivos hasta llegar a la altura establecida sin sobrepasar los 4 m de altura (2) y con una pendiente del frente del entramado no superior a 80º para permitir el crecimiento de las plantas (2).

La importancia de esta técnica radica en que, a medio plazo, todo el sistema queda reforzado por vegetación, siendo el sistema radical de las plantas el elemento estabilizador del terreno. En este sentido, resulta una técnica más integrada y duradera que los métodos estrictamente estructurales (escollera u hormigón).

Por último, hay que destacar que la información sobre estabilidad de muros es muy amplia, pero no específica sobre muros Krainer, limitándose a exponer detalles constructivos y que su cálculo es similar al de un muro de hormigón o de tierra reforzada, sin describir las particularidades de la técnica. Con este trabajo, se desarrollan unas directrices de cálculo para poder asegurar la estabilidad y resistencia de los muros Krainer.

Un muro Krainer puede considerarse como un muro de contención de gravedad (7) (12) (13) (19), pues se emplea para la sujeción de tierras inestables, siendo el efecto estabilizador su propio peso.

La base de cálculo se centra en la comprobación de las tensiones admisibles, considerando la colaboración conjunta del muro ante acciones horizontales y verticales. Las comprobaciones de trabajo propuestas son: seguridad frente al deslizamiento y estabilidad frente al vuelco –comprobaciones mínimas propuestas por las directrices (19) (20) (21)– además de la resistencia a flexión, presión admisible del terreno, cálculo de los anclajes y de los elementos de unión –comprobaciones de seguridad a mayores según el Código Técnico de la Edificación (CTE)–.

Los dos tipos de muros (Figura 1) se calculan de la misma forma, teniendo en cuenta que a una pared, al ir clavados en el fondo del talud, funcionarán como anclajes, absorbiendo pequeños esfuerzos horizontales.

Datos de partida

Supongamos un talud en una margen erosionada de un río. Se pretende instalar un muro Krainer (doble pared) para su protección. El río tiene una anchura de b = 9 m con una profundidad respecto a la base del muro de 0,5 m y una pendiente del 1%.

El terreno de la orilla está conformado por gravas, arcillas y tierra vegetal, de densidad global ρ = 1900 kg/m³, coeficiente de rozamiento interno φ = 35° (δ = 2/3 de φ), cohesión de 0,12 kg/cm² (factor de cohesión 0,6), coeficiente de modificación de la subpresión K = 0,5 y presión admisible del terreno 0,45 N/mm² (20).

Las dimensiones del muro son: altura H = 2 m (igual a la altura del talud), anchura equivalente B = 1,5 m (longitud de los troncos transversales ≈ 1,51 m) y longitud igual a la del tramo erosionado. El talud formará β = 75° con respecto a la horizontal y en contrapendiente (θ) del 10%. La parte del terreno por encima del muro tiene una pendiente i = 15°.

Los troncos del muro tendrán un diámetro D = 0,25 m. Serán de chopo de densidad 700 kg/m³ y clase resistente C18 (f_mk = 18 N/mm²). Al ser madera maciza, clase de servicio 3 (exterior) y carga permanente, el coeficiente de modificación de la resistencia a flexión vale 0,5 y el coeficiente parcial de seguridad 1,3 (28). El material de relleno se considerará con una densidad similar a la del terreno.

Los pilotes de anclaje serán barras de acero corrugado B500S (f_yk = 500 N/mm²) de Ø = 0,012 m colocados cada metro lineal de estructura. Los clavos serán de acero (f_a = 600 N/mm) de diámetro 10 mm y longitud 375 mm.

a. Cálculo del empuje del terreno

Aplicamos las [1] y [2] para calcular el empuje activo del terreno en condiciones secas [32] y [33]:

Mediante la utilización de entramados de madera con vegetación o muros Krainer se consigue una estabilización de taludes y márgenes más duradera e integrada que con técnicas puramente constructivas, pues toda la estructura queda sustituida por vegetación, siendo el sistema radical de las plantas el que funciona como elemento estabilizador del terreno a medio y largo plazo.

Con este trabajo, se plantean unas directrices de cálculo para asegurar la estabilidad y resistencia de estos muros, puesto que, en general, el fallo asociado a su empleo radica en un diseño sin cálculos, una deficiente ejecución, una ubicación inadecuada o en la falta de arraigo de la vegetación.

Esta clase de muros se puede considerar como muros de contención de gravedad. La base del cálculo de su estabilidad se centra en la determinación de las tensiones admisibles, comprobándose la seguridad frente al deslizamiento, vuelco y resistencia a flexión, además del cálculo de los anclajes y uniones.

Para la determinación de las solicitaciones de cálculo existen diversas metodologías, siendo, en el caso de los empujes de tierras, la teoría de Coulomb la más frecuentemente utilizada y recomendada.

Puesto que se trata de un muro de gravedad, el cálculo de la densidad global es importante, estimándose a partir de la de los materiales que lo forman, su proporción y las condiciones de humedad.

Las condiciones más desfavorables de trabajo ocurren cuando el interior del muro está saturado de agua y el empuje del terreno se incrementa, considerándose éste equivalente al empuje hidrostático. En el caso de que el muro trabaje sumergido, aparece un empuje ascensional o subpresión que afecta a la estabilidad de la estructura. No obstante, se ve contrarrestado por el peso del agua sobre el muro.

El cálculo de los anclajes es similar al de una armadura de acero, siendo diferentes las características mecánicas de las secciones en contacto y las hipótesis de partida. Se ha de considerar la presión que genera la estructura sobre el terreno, teniendo que ser ésta menor o igual a la presión admisible. Para el cálculo de las barras de anclaje hemos de verificar los ELU para poder determinar unas dimensiones mínimas de las mismas.

El cálculo y comprobación de los enlaces es necesario para poder prevenir los diferentes fallos que se pueden dar (rotura de la madera y de la clavija) provocados por la acción conjunta del empuje activo del terreno y de la tensión tractiva de la corriente.

Hay que tener en cuenta, que la estabilidad y resistencia reales serán mayores a las estimadas, pues no se tiene en cuenta la protección de escollera en la primera fila en el caso de que la estructura funcione como defensa de la ribera. Por lo tanto, la estructura se sobredimensiona a favor de la seguridad.

Por último, resaltar la necesidad de un seguimiento de las estructuras ejecutadas, para comprobar que las hipótesis de trabajo del muro y el dimensionamiento resultante son adecuadas y que las variaciones de las secciones de emplazamiento como consecuencia del dinamismo natural del medio, no supongan una variación de las solicitaciones a las que se hallan sometidos, pues la estabilidad del talud es proporcionada por el muro en los dos primeros años. A partir de entonces será el entramado radicular de los elementos vegetales vivos los encargados de mantener la estabilidad del talud.