Análisis experimental y mecanicista del aumento del módulo de deformación en bolsas de tierra

Construir un terreno más sólido con bolsas sencillas de tierra

Cuando los ingenieros levantan presas, carreteras o embalses sobre suelos débiles o mixtos, temen que el terreno se comprima y se hunda lentamente bajo la carga. Una tecnología relativamente simple —bolsas de tejido resistente llenas con suelos y rocas locales, llamadas soilbags— puede hacer que el terreno se comporte más como un colchón firme que como un cojín blando. Este estudio explica no solo que las soilbags funcionan, sino por qué endurecen y hacen más fiable el terreno, mediante ensayos a escala real en campo, experimentos de laboratorio y un modelo mecánico unificador.

Qué son las soilbags y por qué importan

Las soilbags son bolsas de tejido tejido resistente, normalmente de geotextil, que se llenan con tierra, arena o mezclas suelo‑roca y se apilan o disponen en una capa. A diferencia de las láminas de refuerzo planas que actúan principalmente en un plano, cada bolsa envuelve el material por todos los lados, formando una «célula» tridimensional que puede confinar materiales sueltos. Como las bolsas pueden rellenarse con material excavado local —incluso aquello que a menudo se considera residuo de construcción— prometen cimentaciones más económicas y sostenibles. Investigaciones anteriores mostraron que las soilbags aumentan la capacidad de carga antes del fallo, pero los ingenieros también necesitan saber cómo controlan la deformación cotidiana: cuánto se comprime el terreno bajo cargas de servicio normales.

Ensayo real en un embalse hidroeléctrico

Los autores probaron primero las soilbags en una central de bombeo en Jiangsu, China, donde el fondo del embalse está formado por mezclas suelo‑roca de gran variabilidad. Se prepararon dos áreas de ensayo contiguas en condiciones casi idénticas: una con una sola capa de soilbags grandes colocada sobre la base compactada, y otra sin bolsas. Tras una compactación cuidadosa, se emplearon placas de acero para presionar paso a paso cada área mientras se medía el asentamiento del terreno. Usando fórmulas de ingeniería estándar, hallaron que la sección con soilbags tenía un módulo de deformación —esencialmente una medida de la resistencia del terreno al aplastamiento— aproximadamente un 23 % mayor que la sección no reforzada. Esto confirmó que incluso una sola capa de soilbags puede endurecer de forma notable una cimentación problemática aprovechando materiales in situ.

Mirando dentro de la bolsa: un cuadro mecánico unificado

Para entender lo que ocurre dentro de cada bolsa, el equipo desarrolló un marco esfuerzo‑deformación que trata el suelo y el tejido como un sistema acoplado. Cuando la carga vertical empuja hacia abajo la bolsa, el suelo tiende a abultarse lateralmente. El geotextil se estira y desarrolla tensión, que a su vez comprime lateralmente el suelo. En términos mecánicos, el esfuerzo total en el interior del suelo es la suma de la carga externa y este esfuerzo de confinamiento adicional procedente de la tensión de la bolsa. Al seguir la evolución de estos esfuerzos, el modelo muestra que el suelo dentro de una bolsa sigue una trayectoria diferente en el espacio de esfuerzos que el suelo no reforzado: experimenta un mayor confinamiento global y un balance más favorable entre fuerzas de corte y normales. Este desplazamiento aleja al suelo de fallos prematuros y lo sitúa en un estado «endurecido» que le permite soportar más carga con menos deformación.

Arcilla, arena y cómo la bolsa modifica su comportamiento

Ensayos de compresión en laboratorio sobre soilbags más pequeños llenos bien de arcilla o de arena ayudaron a validar el modelo y revelar cómo responden distintos suelos. En las bolsas llenas de arcilla, la tensión en el geotextil subía rápidamente con cargas bajas mientras la arcilla se deformaba y la bolsa se inflaba, y luego aumentaba más lentamente a medida que la arcilla y la bolsa se volvían más densas y rígidas. Al comparar arcilla en bolsa con arcilla confinada en un cilindro rígido bajo la misma presión vertical, la arcilla en bolsa mostró un nivel de «preconsolidación» superior —evidencia de que el confinamiento adicional la había empujado a un estado más compacto y resistente. Las bolsas con arena se comportaron de forma distinta: como la arena tiene poca cohesión, su trayectoria de esfuerzos inicialmente se acercó al fallo, pero la fricción entre los granos de arena y el tejido, además de la tendencia de la arena a dilatarse bajo corte, ayudaron a que la bolsa movilizara una fuerte tensión lateral. Esta interacción permitió que la arena permaneciera íntegra y ganara rigidez en lugar de ceder por corte rápidamente.

Cuánto del endurecimiento procede de la bolsa

El estudio separa el endurecimiento en dos partes: la densificación natural del suelo bajo compresión y el endurecimiento adicional causado por la tensión del tejido. En las bolsas con arcilla, el confinamiento aportado por el tejido contribuyó a más de un tercio del módulo de deformación total del suelo dentro de la bolsa, especialmente a cargas bajas cuando la deformación es mayor. En las bolsas con arena, el módulo adicional debido a la bolsa fue menor —alrededor del 15 %— pero igualmente crucial para prevenir fallos por corte y permitir que la arena alcance alta resistencia en condiciones que de otro modo serían inestables. Los autores también describen recomendaciones prácticas de diseño: usar una bolsa alargada (longitud al menos cuatro veces su altura), elegir un tejido con resistencia a la tracción adecuada al tamaño de la bolsa y dejar pequeños huecos durante la precompactación para que las bolsas puedan expandirse y movilizar completamente la tensión antes de rellenar los huecos.

Por qué importa esto para la construcción futura

En términos prácticos, esta investigación muestra que las soilbags permiten a los ingenieros convertir suelos sueltos o mixtos en una capa de cimentación más rígida y fiable sin recurrir a pilotes profundos o a agregados importados costosos. Las bolsas no solo envuelven el suelo: lo exprimen activamente a medida que aumentan las cargas, guiando las fuerzas internas por trayectorias más seguras y compactando el material desde dentro. Al cuantificar tanto el rendimiento en campo como los mecanismos internos, el estudio ofrece a los proyectistas una base sólida para usar soilbags con mayor confianza en presas, terraplenes, carreteras y otras infraestructuras, aprovechando mejor los suelos locales al tiempo que controlan los asientos y mejoran la seguridad.

Cita: Liao, J., Song, Y., Tao, Y. et al. Experimental and mechanistic analysis of deformation modulus enhancement in soilbag. Sci Rep 16, 12646 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43444-5

Palabras clave: soilbags, refuerzo del terreno, cimientos con geotextil, mezclas suelo‑roca, infraestructura civil