Estudio experimental y numérico sobre las características térmicas de muros de contención de suelo reforzado con geosintéticos en el desierto de Taklamakán

Por qué importan los muros del desierto y el calor

En los grandes desiertos del mundo, carreteras y puentes dependen de muros de tierra altos para sostener carriles y rampas. Estas estructuras, llamadas muros de contención de suelo reforzado, son más económicas y fáciles de construir que los muros macizos de hormigón, pero deben soportar oscilaciones brutales de temperatura, desde días abrasadores hasta noches y inviernos muy fríos. Este estudio examina el interior de uno de esos muros en el desierto de Taklamakán, en China, para averiguar cómo se propagan el calor y el frío a través de la arena y las capas de refuerzo a lo largo de los años, y qué implica eso para la seguridad a largo plazo de las carreteras desérticas.

Construir un muro del desierto en el laboratorio

Los investigadores empezaron recreando un muro de contención de carretera en una cámara con control de temperatura. En lugar de tamaño real, construyeron un modelo cuidadosamente a escala: bloques modulares apilados formaban la cara visible, capas de georréjilla plástica actuaban como refuerzos ocultos que se adentran en el suelo, y arena seca del Taklamakán se usó como relleno. Docenas de sensores de temperatura se enterraron a distintas alturas y profundidades dentro del muro. El equipo sometió la cámara a una serie de pasos de temperatura que imitan un año completo en el desierto, desde el calor veraniego hasta los fríos invernales, y repitió este ciclo cinco veces para observar cómo evolucionaban las temperaturas internas del muro.

Cómo entra y sale el calor

Las mediciones del muro modelo mostraron que la arena cercana a las superficies expuestas —la cara frontal y la carretera en la cima— respondió con intensidad a los cambios de la temperatura del aire, mientras que las regiones enterradas más profundamente se mantuvieron comparativamente estables. Cuando el aire se calentaba o enfriaba, los puntos más cálidos y más fríos dentro del muro aparecían con retardo temporal, y ese retraso aumentaba con cada ciclo porque la arena seca conduce mal el calor. Cerca de la cara y la coronación, las temperaturas subían y bajaban en ondas regulares que reproducían el clima exterior, pero las ondas se reducían y suavizaban a medida que se desplazaban hacia el interior. Algunos sensores cerca del fondo y la parte posterior se comportaron de forma extraña debido a pequeñas grietas e imperfecciones de aislamiento en la configuración de ensayo, lo que subraya cómo las condiciones reales de contorno pueden complicar los patrones térmicos.

Del muro de laboratorio a la carretera a escala real

Para entender qué ocurre en un terraplén real a lo largo de varios años, el equipo construyó un modelo numérico detallado que reproducía el muro de ensayo y lo verificó con los datos de laboratorio. Una vez que la correspondencia fue satisfactoria, escalaron a un muro de tamaño real típico de las carreteras del Taklamakán, incluyendo una gruesa capa de asfalto en la cima y el efecto de la radiación solar calentando las superficies exteriores. Usando registros reales de temperatura del desierto, simularon cinco años de calentamiento y enfriamiento diarios. Los resultados mostraron que, cuando las temperaturas exteriores estaban en su mínimo anual, el frío penetraba el muro siguiendo un patrón curvo de tipo “hiperbólico”, con el enfriamiento más intenso cerca de la cara expuesta y la coronación. Con cada año que pasaba, tanto la profundidad de congelación invernal bajo la carretera como el alcance horizontal de la arena helada dentro del muro aumentaban lentamente.

Núcleos fríos y calientes ocultos dentro del muro

Las simulaciones a largo plazo revelaron que el campo de temperatura interno no solo oscila de forma suave. Al subir las temperaturas del invierno al verano, se forma un bolsillo de arena especialmente fría cerca de la esquina superior frontal del muro —un “núcleo de congelación” creado porque el frío alcanza esa zona tanto desde la cara como desde la superficie de la carretera y luego drena hacia el interior muy lentamente a través de la arena de baja conductividad. Más adelante en el año, cuando el desierto se enfría desde su periodo más caliente, aparece un “núcleo calentado” de calor atrapado en una región casi simétrica. A lo largo de un ciclo anual completo, el interior del muro pasa de un patrón en capas simple a un estado dominado por núcleos y de vuelta, mientras que las regiones más profundas cerca de la base se mantienen cercanas a su temperatura moderada inicial.

Zonas que merecen atención extra

Al cortar horizontalmente el muro simulado y trazar la temperatura a lo largo de estas secciones, los autores identificaron “zonas sensibles a la temperatura” donde las condiciones cambian bruscamente con el tiempo y la distancia. En la banda que se extiende unos pocos metros detrás de la cara —especialmente cerca de la parte superior— las temperaturas fluctúan intensamente y los gradientes son pronunciados, lo que puede debilitar la resistencia de la arena, tensar la adherencia entre bloques, arena y georréjilla, y fomentar problemas como el heladicidad, agrietamiento o fatiga de materiales a largo plazo. Más atrás, las temperaturas se vuelven casi constantes y cercanas al valor inicial, lo que significa que el suelo allí está en gran medida aislado del clima extremo del desierto.

Qué significa esto para carreteras desérticas más seguras

En términos sencillos, el estudio muestra que las temperaturas extremas del desierto amenazan principalmente la “piel” de los muros de suelo reforzado y una profundidad limitada de material justo detrás de ella, no la masa completa. Sin embargo, los elementos estructurales más críticos —los bloques de la cara, la arena cercana a la superficie y las capas de refuerzo próximas al frente— se encuentran precisamente en esta zona sensible donde durante los años se desarrollan núcleos de congelación y calentamiento. Comprender hasta qué profundidad y con qué intensidad alcanzan estos efectos térmicos proporciona a los ingenieros una base más clara para elegir materiales de relleno, detallar el refuerzo y planificar el mantenimiento, de modo que las carreteras desérticas puedan resistir mejor décadas de agresión térmica.

Cita: Gao, Y., Meng, K., Wang, S. et al. Experimental and numerical study on temperature characteristics of geosynthetics-reinforced soil retaining walls in Taklimakan Desert. Sci Rep 16, 7861 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37260-0

Palabras clave: infraestructura en el desierto, muros de contención, ciclos de temperatura, refuerzo con geosintéticos, arena eólica