El MIT diseña arrecifes marinos ecológicos para proteger las costas y la vida marina

Instituto de Tecnología de Massachusetts, Cambridge, MA

Un equipo del MIT espera fortalecer las costas con arrecifes "arquitectados":estructuras marinas sostenibles diseñadas para imitar los efectos de amortiguación de las olas de los arrecifes naturales y al mismo tiempo proporcionar zonas para que vivan los peces y otras especies marinas. (Imagen:Cortesía de Michael Triantafyllou, et al)

Un equipo del MIT espera fortalecer las costas con arrecifes "arquitectados":estructuras marinas sostenibles diseñadas para imitar los efectos de amortiguación de las olas de los arrecifes naturales y al mismo tiempo proporcionar zonas para peces y otras especies marinas.

El diseño del arrecife del equipo se centra en una estructura cilíndrica rodeada por cuatro listones en forma de timón. Los ingenieros descubrieron que cuando esta estructura se enfrenta a una ola, la rompe de manera eficiente 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 las olas como los arrecifes artificiales existentes, utilizando 10 veces menos material.

Los investigadores planean fabricar cada estructura cilíndrica a partir de cemento sostenible, que moldearían en un patrón de "vóxeles" que podrían ensamblarse automáticamente y proporcionarían bolsas para que los peces exploren y otras especies marinas se establezcan en ellas. Los cilindros podrían conectarse para formar una pared larga y semipermeable, que los ingenieros podrían erigir a lo largo de la costa, aproximadamente a media milla de la costa. Según los experimentos iniciales del equipo con prototipos a escala de laboratorio, el arrecife diseñado podría reducir la energía de las olas entrantes en más del 95 por ciento.

"Esto sería como un rompeolas largo", dijo el profesor Michael Triantafyllou. "Si las olas tienen seis metros de altura viniendo hacia esta estructura de arrecife, en última instancia tendrían menos de un metro de altura en el otro lado. Por lo tanto, esto elimina el impacto de las olas, lo que podría prevenir la erosión y las inundaciones".

En cambio, el equipo buscó formas de diseñar un arrecife artificial que disipara eficientemente la energía de las olas con menos material y, al mismo tiempo, proporcione un refugio para los peces que viven a lo largo de cualquier costa vulnerable.

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

El diseño arquitectónico del arrecife del equipo surgió de dos problemas aparentemente no relacionados. Los investigadores de CBA estaban desarrollando estructuras celulares ultraligeras para la industria aeroespacial, mientras que los investigadores de Sea Grant evaluaban el rendimiento de los dispositivos de prevención de explosiones en estructuras petroleras en alta mar:válvulas cilíndricas que se utilizan para sellar pozos de petróleo y gas y evitar fugas.

Las pruebas del equipo mostraron que la disposición cilíndrica de la estructura generaba una gran cantidad de resistencia. En otras palabras, la estructura parecía ser especialmente eficiente a la hora de disipar flujos de petróleo y gas de alta fuerza. Se preguntaron:¿Podría la misma disposición disipar otro tipo de flujo, en las olas del océano?

"Estamos aprovechando esta turbulencia y estos potentes chorros para, en última instancia, disipar la energía de las olas", dijo el coautor José del Auila Ferrandis.

Una vez que los investigadores identificaron una estructura óptima para disipar las olas, fabricaron una versión a escala de laboratorio de un arrecife arquitectónico hecho a partir de una serie de estructuras cilíndricas, que imprimieron en 3D a partir de plástico. Cada cilindro de prueba medía alrededor de un pie de ancho y cuatro pies de alto. Reunieron varios cilindros, cada uno de ellos espaciados aproximadamente a un pie de distancia, para formar una estructura similar a una valla, que luego bajaron a un tanque de olas en el MIT. Luego generaron olas de varias alturas y las midieron antes y después de atravesar el arrecife arquitectónico.

"Vimos que las olas se redujeron sustancialmente a medida que el arrecife destruía su energía", dijo Triantafyllou.

El equipo también ha estudiado cómo hacer que las estructuras sean más porosas y amigables para los peces. Descubrieron que, en lugar de hacer cada estructura a partir de una losa sólida de plástico, podían utilizar un tipo de cemento más asequible y sostenible.

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