MIT Diseña Arrecifes Marinos Ecológicos para Proteger Costas y Vida Marina

Instituto de Tecnología de Massachusetts, Cambridge, MA

Un equipo de MIT espera fortalecer costas con "arrecifes arquitectados" —estructuras marinas sostenibles diseñadas para imitar los efectos de amortiguación de olas de arrecifes naturales mientras también proporcionan bolsillos para peces y otra vida marina. (Imagen: Cortesía de Michael Triantafyllou, et al)

Un equipo en MIT espera fortificar costas con "arrecifes arquitectados" —estructuras marinas sostenibles ingenieradas para imitar los efectos de amortiguación de olas de arrecifes naturales mientras también proporcionan bolsillos para peces y otra vida marina.

El diseño del arrecife del equipo se centra en una estructura cilíndrica rodeada por cuatro aletas tipo timón. Los ingenieros encontraron que cuando esta estructura se enfrenta a una ola, la rompe eficientemente en chorros turbulentos que finalmente disipan la mayor parte de la energía total de la ola. El equipo ha calculado que el nuevo diseño podría reducir tanta energía de ola como arrecifes artificiales existentes, usando 10 veces menos material.

Los investigadores planean fabricar cada estructura cilíndrica de cemento sostenible, que moldearían en un patrón de "voxels" que podrían ensamblarse automáticamente, y proporcionarían bolsillos para que los peces exploren y otra vida marina se asiente. Los cilindros podrían conectarse para formar un muro largo y semipermeable, que los ingenieros podrían erigir a lo largo de una costa, aproximadamente media milla de la orilla. Basado en los experimentos iniciales del equipo con prototipos a escala de laboratorio, el arrecife arquitectado podría reducir la energía de olas entrantes en más del 95 por ciento.

"Esto sería como un rompeolas largo", dijo el Profesor Michael Triantafyllou. "Si las olas miden seis metros de alto viniendo hacia esta estructura de arrecife, serían finalmente menos de un metro de alto al otro lado. Así que esto mata el impacto de las olas, lo que podría prevenir erosión e inundaciones".

El equipo en su lugar buscó formas de ingeniar un arrecife artificial que disipara eficientemente la energía de las olas con menos material, mientras también proporcionaba un refugio para peces que viven a lo largo de cualquier costa vulnerable.

"Recuerden, los arrecifes de coral naturales solo se encuentran en aguas tropicales", dijo Triantafyllou. "No podemos tener estos arrecifes, por ejemplo, en Massachusetts. Pero los arrecifes arquitectados no dependen de la temperatura, así que pueden colocarse en cualquier agua, para proteger más áreas costeras".

El diseño del arrecife arquitectado del equipo surgió de dos problemas aparentemente no relacionados. Investigadores de CBA estaban desarrollando estructuras celulares ultraligeras para la industria aeroespacial, mientras investigadores de Sea Grant evaluaban el rendimiento de preventores de reventón en estructuras petrolíferas marinas —válvulas cilíndricas usadas para sellar pozos de petróleo y gas y prevenir fugas.

Las pruebas del equipo mostraron que el arreglo cilíndrico de la estructura generaba una gran cantidad de arrastre. En otras palabras, la estructura parecía ser especialmente eficiente en disipar flujos de alta fuerza de petróleo y gas. Se preguntaron: ¿Podría el mismo arreglo disipar otro tipo de flujo, en olas oceánicas?

"Estamos aprovechando esta turbulencia y estos chorros poderosos para finalmente disipar energía de olas", dijo el Co-Autor Jose del Auila Ferrandis.

Una vez que los investigadores identificaron una estructura óptima de disipación de olas, fabricaron una versión a escala de laboratorio de un arrecife arquitectado hecho de una serie de las estructuras cilíndricas, que imprimieron en 3D de plástico. Cada cilindro de prueba medía aproximadamente un pie de ancho y cuatro pies de alto. Ensamblaron un número de cilindros, cada uno espaciado aproximadamente un pie de distancia, para formar una estructura tipo valla, que luego bajaron a un tanque de olas en MIT. Luego generaron olas de varias alturas y las midieron antes y después de pasar a través del arrecife arquitectado.

"Vimos que las olas se reducían sustancialmente, ya que el arrecife destruía su energía", dijo Triantafyllou.

El equipo también ha investigado hacer las estructuras más porosas y amigables para los peces. Encontraron que, en lugar de hacer cada estructura de una losa sólida de plástico, podrían usar un tipo de cemento más asequible y sostenible.

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