//* Re_REEF_# another way to REthink and REbuild coral reefs.

//* Re_REEF

_# another way to REthink and REbuild coral reefs.

Andrea López-Maroto González-Pueblas TRABAJO FIN DE MÁSTER. UNIVERSIDAD DE ALICANTE TUTORES: IVÁN CAPDEVILA CASTELLANOS + ÁNGEL BENIGNO GONZÁLEZ AVILÉS

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//* Análisis *// Enfoque bioinspirado como metodología de análisis

//* Metodología de diseño Biomimética *// Diseño Paramétrico Diseño Bioinformado Diseño Fabricación digital

//* PROCESO EXPERIMENTAL *// BIOROCK

Desarrollo experimental del bio-material

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Índice

//* Análisis *//

Enfoque bioinspirado como metodología de análisis

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Antes de continuar, por favor escaneame

https://www.youtube.com/watch?v=yxI-DDs6rd4

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Video explicativo

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+ //* METODOLOGÍA DE ANÁLISIS Y DISEÑO Me parece pertinente dar una percepción general de las diferentes aproximaciones biomiméticas que rigen el diseño de este proyecto, ya que tanto las estrategias de análisis, como el desarrollo del proyecto, están vinculadas a este modelo metodológico de diseño.

Existen dos principales clasificaciones del estudio biomimético, el estrictamente relacionado con los niveles de abstracción de la biología, y otro en el que los tres niveles de estudio son complementarios entre sí. Ambas clasificaciones buscan el acercamiento entre el entendimiento de las leyes naturales, la exploración de la naturaleza y su posterior aplicación a diferentes campos de conocimiento.

Para la explicación de estos niveles, traigo aquí una serie de fragmentos de mi TFG donde los analizo con mayor profundidad, y donde aparecen especificadas todas las fuentes de información http: //hdl.handle.net/10045/101905 Los tres niveles biológicos: La forma, el proceso y los sistemas.

• En el primer nivel nos encontramos con la abstracción formal de la naturaleza. Como dice Janine Benyus, conseguimos mimetizar las formas o mecanismos de la naturaleza en un nivel más sencillo.

• En el segundo nivel, profundiza en la naturaleza más que el primero. En este nivel, se analiza el funcionamiento de los seres vivos. Algunos ejemplos de su aplicación seria para aplicar a estructuras, mecanismos, transito de fluidos, conservación del calor, etc.

• El tercer nivel, consiste en el estudio a nivel micro celular del funcionamiento de las partes que integran un ser vivo para generar aportaciones tecnológicas relevantes.

Los tres niveles complementarios: el organismo, el comportamiento y el ecosistema.

• La aproximación en el nivel de organismo, como su propio nombre indica, trata de imitar a un organismo específico de la biología. Este nivel trata de aplicar sus funciones o formas en la construcción de elementos arquitectónicos. Cabe destacar que tanto en el mundo de la arquitectura como en el de la biología, sacar a un organismo y estudiarlo como si no se relacionase con su entorno, en muchas ocasiones, no suele ser suficiente, dado que un organismo siempre está supeditado a un contexto más amplio.

• Por esto es totalmente necesario dar un paso más hasta la segunda aproximación. En este nivel, el nivel de comportamiento, se trata de imitar la manera en el que el organismo se relaciona con su entorno, su comportamiento y el contexto en el que se encuentra.

• Por último, englobando las dos estrategias anteriores y dando otro paso más nos encontramos en el nivel de ecosistema. Este nivel trata de imitar los factores y procesos que forman un ecosistema.

“Para que el diseño arquitectónico imite a la naturaleza en el nivel del ecosistema, debe seguir estos seis principios. […]

Los principios del ecosistema indican que los ecosistemas: 1. dependen de la luz solar contemporánea; 2. optimizar el sistema en lugar de sus componentes; 3. se sintonizan y dependen de las condiciones locales; 4. son diversos en componentes, relaciones e información; 5. crear condiciones favorables para una vida sostenida; y 6. adaptarse y evolucionar a diferentes niveles y a diferentes velocidades.

Básicamente, esto significa que […] deben trabajar entre ellos en lugar de contra para que el ecosistema funcione sin problemas.” //* DESARROLLO.

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Las principales estrategias biomiméticas que se han seguido para generar el análisis del emplazamiento del proyecto, parten de dos de las clasificaciones anteriormente descritas: el nivel de comportamiento y el nivel de ecosistema.

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Ubicación de Kiribati + Tarawa

+ //* República de KIRIBATI

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Help

La República de Kiribati, en la zona central oeste del océano Pacífico, está formada por 33 atolones y una isla, diseminados por los cuatro hemisferios de la Tierra con un área de más de 3.000.000 Km2 Con lagunas y playas de arena blanca, muchas de sus islas están desiertas y ofrece una ubicación remota para la pesca, el buceo y la observación de aves.

//* República de KIRIBATI

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Help

Los tres principales archipiélagos que las forman son las Islas Gilbert, las Islas Fénix y las Islas de la Línea.

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Tarawa, es un atolón que fue la capital de la antigua colonia británica de las Islas Gilbert y Ellice. En la actualidad, Tarawa Sur, salvo Betio, es ahora la isla capital de la República de Kiribati.

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Mapa político de Tarawa

Buariki

//* Tarawa

Te Arininai

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Nuatabu

Tarawa está formada por un mínimo de 26 islotes, de los cuales 19 están habitados.

Tebangaroi

En la actualidad, al menos 3 de ellos (Abanuea,Bikeman y Tebua Tarawa), se encuentran ya sumergidos por cambio de corrientes oceánicas y aumento del nivel del mar.

Taratai

Nooto

Marenanuka Tabonibara

Kainaba

Nabeina

Tabiteuea

Buota Bonriki

Temwaiku

Bikenibeu Betio

Eita

Ambo Banraeaba Bairiki Nanikai

N Abarao

Causeway

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0

1000

2000

3000 m

+ Población + Densidad de

//* Población de Tarawa

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población de Tarawa

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Tarawa Norte, tiene 6.629 habitantes, y Tarawa Sur, tiene 56.388 habitantes en 2015, la mitad de la población total del país.

La población de Tarawa, pasó de poco más de 1.600 en 1947 a más de 60.000 en la actualidad, el éxodo de personas hacia esta localidad se ha debido principalmente a que otras islas de la nación se volvieron inhabitables por la subida del nivel del mar.

Buariki - 752

//* Población de Tarawa

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Nooto - 891

Nabeina - 442

Help

Según un informe del Banco Mundial a principios de esta década, Tarawa, la capital de Kiribati, donde vive casi la mitad de la población, se verá inundada entre un 25% y un 54% en el sur y entre un 55% y un 80% en el norte para mediados de siglo.

Tabiteuea - 523

Buota - 1756

Tarawa Norte

Tarawa Sur Betio - 17330

Nanikai - 1152

LEYENDA

Teaoraereke - 5105

Banraeaba - 2072

Taborio - 1293

Abarao - 1761

Antebuka - 1615

Ambo - 2780

Eita - 3395

Bikenibeu - 7575

Causeway - 1843

Temwaiku - 4072

Eita - 3395 Bonriki - 2829

Isla - nº habitantes Bairiki - 3218

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= 1.000 hab/km2

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Cronología de Tarawa

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Principales rasgos

culturales de Tarawa

Arte marcial

Te Rawarawanimon

Danza MWAIE

Los principales rasgos culturales de Tarawa giran en torno a la maneaba y al mar.

La maneaba es El corazón de cualquier comunidad de Kiribati es su maneaba o casa de reuniones. La maneaba no es solo el edificio más grande de cualquier pueblo, es el centro de la vida del pueblo y la base de la gobernanza nacional e insular.

Comunidad Tatuajes Maneaba

Una maneaba tradicional es una estructura imponente, con losas de coral que sostienen un enorme techo formado de madera de coco, sujeto con hilo de coco y cubierto con hojas de pandanus. Toda la comunidad está involucrada en su construcción, y cada aspecto de la maneaba tiene una función tanto simbólica como práctica.

Mar

Familia

Canoa

Comida tradicional

Por otro lado el mar, proporciona no solo fuentes vitales de alimentos, sino también beneficios culturales y recreativos para las personas que viven en las islas. Desafortunadamente, como en la mayoría de los países, la importancia de los valores y prácticas culturales ha disminuido con el tiempo a medida que la gente adopta la cultura y los estilos de vida modernos.

Bebida tradicional

Economía basada

en los servicios de los

ecosistemas terrestres

Aceite de coco

Economía Mangle

Palmeras

Copra

Embarcaciones

Construcción

En la economía basada en los servicios de los ecosistemas suele darse en las zonas menos desarolladas de la isla, do ría de los trabajadores de subsistencia residen en las isl res o en las zonas rurales.

Este perfil oscila entre hombres jóvenes y ágiles trepan cocoteros todas las mañanas y tardes para cortar toddy o para sacar cocos y, más tarde en el día, remar en sus pequ hasta sus caladeros, a menudo a cientos de metros de la o Las mujeres, por su parte, recogen leña (a veces madera recolectan frutos del pan y frutos del pandanus y van a a cierta distancia de sus hogares y luego van a cuidar su

a los altos simplemente ueñas canoas orilla. de mangle), buscar agua u casa.

+ marinos y costeros

Buceo

Pesca deportiva Pesca de subsistencia

Esnórquel

Turismo

Minería de arena y áridos

Pesca a pequeña escala

Pesca

Economía

Granja de almejas

Pesca de alta mar - Atún

Energía maremotérmica Vivero de algas

La economía basada en los servicios de los ecosistemas marinos y costeros, la que proporciona mayores ingresos económicos a los habitantes de la isla.

Por un lado proporciona ingresos económicos derivados del turismo, cuypos visitantes quieren ver el país, disfrutar del sol, las playas blancas, las aguas frescas y cristalinas, los arrecifes y espectáculos culturales únicos. Es esta conexión con los recursos naturales o el entorno local lo que permite que el turismo se clasifique legítimamente como un servicio ecosistémico.

Por otro lado la economía basada en la pesca, brinda importantes beneficios económicos a la sociedad y contribuyen al sustento y la seguridad alimentaria de los ciudadanos.

Aunque en algunas ocasiones el gobierno opta por políticas que se centran más en el desarrollo de los recursos pesqueros de alta mar para la seguridad de grandes ingresos.

Cuenta con otras políticas que contienen contiene varias estrategias y enfoques que están estrechamente alineados con la gestión de la diversidad biológica marina y costera, en las que algunos de sus objetivos mencionan prácticas pesqueras sostenibles y ponen en valor la práctica de subsistencia y tradicional como conservación a largo plazo de los ecosistemas pesqueros / marinos y la resiliencia de los recursos costeros marinos frente al cambio climático.

+

terrestres, onde la mayolas exterio-

Economía basada en los

servicios de los ecosistemas

Según la teoría de Darwin, los atolones comienzan con la formación de una isla volcánica que se extingue y el coral comienza como un arrecife bordeando la isla recién formada.

Con el tiempo, la meteorización y la actividad geológica reducen el nivel de la isla volcánica. Posteriormente, a medida que la isla y el fondo del océano disminuyen, el crecimiento de los corales forma un arrecife periférico, que a menudo incluye una laguna poco profunda entre la tierra y el arrecife principal.

+ A medida que continúa el hundimiento, el arrecife periférico se convierte en una barrera de coral más grande más lejos de la costa con una laguna más grande y más profunda en el interior.

En última instancia, la isla volcánica se hunde bajo el mar y la barrera de coral se convierte en un atolón que encierra una laguna abierta.

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Formación de la isla de Tarawa

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En base a factores físicos de la costa GEOMORFOLO GÍA

//* Protección costera de TARAWA

Help

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I

2,5-6%

costera de Tarawa

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Índice de protección

ot

Duvat, V. Coastal protection structures in Tarawa Atoll, Republic of Kiribati. Sustain Sci 8, 363–379 (2013). https: //doi.org/10.1007/s11625-013-0205-9

% 10 6-

PENDIEN T LA PLA E DE TAF OR MA PROFU N MEDIA DIDA (< D 1K

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PENDIENT E I NTE +ANCHO DE CRE RIOR ST A

“En Kiribati, la intervención del gobierno se limita a la protección de bienes públicos y bienes de interés general. Como consecuencia, el estado de gestión de las estructuras costeras varía entre las zonas urbanas y rurales.”

sa co ro a id la ) eg il 80% t o (> Or km) pr a (<1 nu a i a st hí nt co co Ba os a la arin er e d s m rr sto ca Ba pa osta r y c ce s e re a d la ne ng lí e, Ma 5% ent ura di nch n >7 pe ta a e es av cr Su an gr

“En la década de 1980, la erosión costera se convirtió en una preocupación importante en el atolón de Tarawa, en el contexto de la rápida urbanización y el desarrollo económico, y posteriormente se inició el monitoreo de playas. Estos estudios, junto con evaluaciones de vulnerabilidad posteriores, enfatizaron las causas antropogénicas de la erosión costera y la alteración del transporte de sedimentos.”

V

MORFOLOGÍ A DE L A + DISTANC RRE IA D CI E L A C FE OS TA OTROS EC OSIS TEM AS

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EXPOSICIÓN COST ERA

<5 m m DE LA COSTA <2 DES )

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Calificación de protección costera

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Mapa barimétrico de Tarawa //* Geografía de TARAWA

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Help

Tarawa tiene una laguna grande, ampliamente abierta a con un gran paso para barcos, 500 kilómetros cuadrado total y un amplio arrecife. Aunque abundan naturalment cados y mariscos de todo tipo, los recursos marino afectados por la gran y creciente población. La sequí cuente, pero en años normales las lluvias son suficie mantener los árboles del pan, la papaya y el plátano, el coco y el pandanus .

Visualización de corrientes + oleaje + viento en tiempo real

https://earth.nullschool.net/#current/ocean/surface/currents/winkel3=219.77,0.23,910

+ File //* Geografía de TARAWA

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Help

La superficie terrestre de Tarawaes un atolón que corre riesgo de erosión, daños por tsunamis e inundaciones debido al aumento del nivel del mar.

La protección costera contra la erosión o tsunamis, así como la participación de los arrecifes en el proceso de formación de playas, es muy importante para el futuro de la isla.

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Help

Tarawa presenta un clima de selva tropical bajo la clasificación climática de Köppen. El clima es agradable de abril a octubre, con vientos predominantes del noreste y temperaturas estables cercanas a los 30°C. De noviembre a marzo, los vendavales del oeste traen lluvias y ciclones ocasionales.

La precipitación varía significativamente entre islas. Por ejemplo, el promedio anual es de 3000 mm en el norte y 500 mm en el sur.

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al océano, os de área te en pesos se ven ía es freentes para , así como

//* Clima de TARAWA

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Mapa geomórfico del fondo marino

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Mapeado del arrecife de coral de Tarawa

Problemática de erosión y subida del nivel del mar

Arrecife poco profundo Arrecife de profundidad variable

Clasificación de riesgo de

desapariciónde los coraes

Riesgo medio Riesgo alto

Un informe de la ONU sobre el efecto invernadero apunta a Tarawa como uno de los países en riesgo por la subida de las aguas.

Las marejadas ciclónica y las fuertes tormentas hacen que, cada vez con más frecuencia, el mar se adentre en la tierra contaminando las reservas de agua dulce, matando cultivos por salinización e inundando viviendas. Se estima que la subida media del nivel del mar ha sido de 3,2 mm por año desde 1993, con la problemática que ello conlleva ya que la altura máxima de la isla es de 6m.

La erosión costera y el aumento de las pueden ser sensibles a la complejidad altura de la cresta del arrecife, que p disminuir debido al blanqueamiento de corales y un cambio hacia especies de c les más homogéneas.

La práctica tradicional de construir di y trampas para peces utilizando sedime y rocas de coral extraídas de la lagun contribuido a las inundaciones y la ero costera en partes pobladas de Tarawa.

+

Zonificación bionómica de la plataforma coraliana Diagrama de distribución de las formas de crecimiento de las colonias de coral relaccionada a los ambientes que ocupan

olas y la puede e los cora-

+

iques entos na ha osión

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Mapas de recursos marinos y costeros Zonificación de los recursos marinos y costeros

//* Recursos marinos y coste

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Help

Tarawa Norte se compone de una se en el norte hasta Buota en el sur. en algunos lugares por canales durante la marea baja, y hay un s y Abatao. Sólo Buota está conect Sur, a través de un puente.

En el sur de Tarawa, la construcc sola franja de tierra desde Betio el noreste.

//* Recursos mar

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El gobierno de Tar están estrechament biológica marina y proporcionan los e su valosr equivale

Siendo los arrecif total de US $ 79.0 estudio de la UICN

+ Servicios de los ecosistemas marinos y costeros

eros de Tarawa

erie de islotes desde Buariki . Los islotes están separados anchos que se cruzan mejor servicio de ferry entre Buota tado por carretera a Tarawa

ción de calzadas ha creado una o en el oeste hasta Tanaea en

rinos y costeros de Tarawa

Help

rawa tiene varias estrategias y enfoques que te alineados con la gestión de la diversidad y costera, ya que los bienes y servicios que ecosistemas marinos de Tarawa son diversos y e el doble del PIB del país.

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fes de coral tasados en un valor económico 000 por kilómetro cuadrado por año según un N en 2010.

//* Metodología de diseño Biomimética *// Diseño Paramétrico Diseño Bioinformado Diseño Fabricación digital

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Antes de continuar, por favor escaneame

https://www.youtube.com/watch?v=9DT_epsfz-E

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Video explicativo

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Referente biológico. Manglar

Abstracción digital + proceso de parametrización de la forma

El manglar es un generador de ecosistemas marinos singulares, que se encuentran en el límite entre la tierra y el mar. Por su condición de ecotono entre los dos grandes tipos de biomasa, los manglares alojan gran cantidad de organismos terrestres y marinos. Poseen una productividad primaria muy alta lo que mantiene una compleja red trófica con sitios de anidamiento de aves, zonas de alimentación, crecimiento y protección de reptiles, peces, crustáceos, moluscos, entre otros.

Además los manglares participan en la formación y conservación de suelos de la planicie costera.

Esto lo consiguen con la protección del litoral contra la erosión costera que deriva del oleaje y las mareas, como consecuencia de la estabilidad del piso litoral que las raíces fúlcreas le proporcionan, aún durante las temporadas contra las mareas de tormenta, los tsunamis, el aumento del nivel del mar y la erosión.

Según un informe de “Wealth Accounting and the Valuation of Ecosystem Services”, asegura que asegura que la altura de las olas puede reducirse entre un 13 y un 66 % si hay un cinturón de manglares de 50 metros de ancho de por medio.

Esto se debe a la optimización de la forma de sus raices,que se caracteriza por penetrar en el suelo, ramificandose y emitiendo unas raíces aéreas en forma de zancos, también llamadas raíces adventicias con las cuales puede aumentar su superficie de sustentación

Es por ello que siguiendo las estrategias de diseño bioinspirado, procederemos al proceso de parametrización y abstración de la forma.

+

/* Proceso de parametrización */

+

I

III

Comenzamos introduciendo la forma de la base del manglar.

Esta será de forma hexagonal, ya que en la naturaleza esta es la configuración óptima para ocupar el mayor espacio en un plano con la menor cantidad de perímetro posible.

IV

Continuaremos con la definición de los puntos de apoyo y el punto superior de la estructura. Estos quedarán englobados en una nube de puntos.

Con esta nube de puntos generaremos unas líneas que formarán los recorridos de unión entre ellos.

+

+

V

Posteriormente, estos caminos se reducen con unas reglas marcadas para conseguir unas nuevas conexiones entre ellos.

V

Estas nuevas conexiones son las que generarán la forma del manglar.

Ofreciendonos los ejes de la nueva estructura ramificada, obteniendo así el primer punto de partida del proceso de parametrización de la forma.

+

+

V

+

+ A estos ejes se les dará el grosor que se requiera para la formación de la estructura.

VI

Introducimos los elementos estructurales que acabamos de parametrizar, así como las cargas estructurales de las corrientes marinas yy las fuerzas de empuje que ejercen en la estructura en el plugin Karamba3D (herramienta de ingeniería estructural paramétrica).

Deformaciones

Gracias al análisis y calculos estructurales que realiza el programa, obtemeos una visualización de los esfuerzos y deformaciones de la estructura tal y como se muestran en esta imagen y en las que aparecen a continuación.

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VI

V

+

+ M. Flector X

VI.c

M. Flector Y

VI.c

M. Flector Z

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+

+ Axil X

VI.c

Cortante Yv

VI.c

Estrés Axiles

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+

VI.c

+

+ Desplazamiento

VIII

Turbulencias de las partículas de agua

Tras este primer análisis estructural, se genera una simulación de las turbulencias que generan las partículas del agua.

En esta simulación, se estuadia cual es el movimiento que realizan dichas partículas al chocar con la estructura y que cantidad de velocidad es capaz de relentizarlas cuando se produce este choque. Esto, nos permite visualizar cual es la cantida de energía maremotriz que es capaz de disipar la estructura y poder optimizar su forma.

+

+

VI.c

+

+ Algoritmo de optimización de la estructura GALÁPAGOS

Una vez tenemos los datos obtenidos de los esfuerzos estructurales, el calculo de disipación de energía de la estructura y superponer estos datos con las corrientes marinas predominates, los introducimos en el algoritmo de optimización GALAPAGOS. Gracias a este algoritmo, conseguimos minimizar el desplazamiento estructural en el punto superior, a la vez que se optimiza el número de barras, consiguiendo que la estructura disipe la mayor energía con el menor material posible, y que esta durante las temporadas de tormentas, reduzca la erosión costera de manera mas óptima al igual que lo haría un manglar.

+

+

X

+

+ Simulación del crecimiento de la estructura debido a la sedimentación generada por el sistema BIOROCK

Otro factor a tener en cuenta en la generación de esta estructura, es que esta va creciendo a lo largo del tiempo gracias al sistema de acreción de minerales BIOROCK. Con esto se genera un proceso de diseño basado en la bio-computación, para el cual se ha echo una simulación de crecimiento en grashopper, basada en los datos obtenidos en la parte experimental del proyecto. En dicha parte, se hace una simulación del proceso de electroacumulación para conocer mejor cual es su formación, como se calcifica la estructura y cuanto aumenta su resistencia, cuales son las condiciones mas óptimas para su formación y crecimiento, según las diferentes disoluciones de material.

+

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XI

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+ Algoritmo de optimización de la estructura GALÁPAGOS

Se propone que este archivo sea Open source,con una fabricación digital mediante el brazo mecánico KUKA, esto permitirá adecuar cada estructura a las necesidades del lugar especifico que se inserte, pudiendo así variar su forma según la disipación de energía maremotriz que se requiera, optimizando el material necesario para su construcción.

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XII

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Script de GRASSHOPPER

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Antes de continuar, por favor escaneame

https://www.youtube.com/watch?v=zeWmVo6WjrY

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Video explicativo

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Referente biológico. Siderastrea siderea

Abstracción digital + proceso de parametrización de la forma

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Lorem ipsum

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/* Proceso de parametrización */

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I

I.b

Se introduce la superficie de actuación, es decir la dimensión maxima donde se generará la plataforma. Para ello generaremos un rectángulo, el cual podremos cambiar sus dimensiones en cualquier momento, lo que hará que podamos adecuar la superficie para cada lugar.

A continuación, generamos una malla con el rectangulo anteriormente descrito, y extraemos los puntos de los vertices que la forman. También parametrizamos la posición de los que serán los puntos de apoyo de la estructua.

+

+

IV

Introducimos los elementos estructurales que acabamos de parametrizar, así como las cargas estructurales en el plugin Karamba3D (herramienta de ingeniería estructural paramétrica).

Gracias al análisis y calculos estructurales que realiza el programa, obtemeos una visualización de los esfuerzos y deformaciones de la superficie de actuación, tal y como se ve en la imagen.

+

+

II

+

+

V.b

Esta visualización del cálculo, nos permite optimizar la estructura con puntos tractores según los esfuerzos obtenidos, siendo estos menos dispersos donde el requerimiento de carga es mayor y viceversa.

Con la nueva otimización de los puntos que forman la estructura, volvemos al proceso de parametrización de la forma de la Siderastrea siderea, haciendo que estos puntos se conviertan en el centroide que configurará la triangulación de Delanuay y posteriormente el diagrama de Voronoy.

+

+

V

+

+

VI

Una vez completado el proceso de parametrización de la forma, procedemos definir el nuevo perímetro de la estructura, que responde a las condiciones del entorno y genera huecos donde poder amarrar las barcas de los pescadores.

Se hace una sustracción entr el perímetro y el diagrama de Voronoi, generando así la forma final de la estructura.

Esta forma es cambiante, ya que se adapta a las condiciones del lugar y a la colocación de los apoyos.

+

+

VI

+

+

VII

Como se muestra en esta imagen, con solo cambiar los puntos de apoyo, la estructura cambiará, siendo esta mas óptima y eficiente en cuanto al uso de materiales estructurales necesarios para su construcción.

Por último, se le da espesor a esta estructura y se forman las piezas necesarias para su posterior construción, con un método de fabricación digital aditivo en metal.

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+

VII

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Script de GRASSHOPPER

//* PROCESO EXPERIMENTAL *// BIOROCK

Desarrollo experimental del bio-material

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Antes de continuar, por favor escaneame

https://www.youtube.com/watch?v=OcUQggnz2RQ&t=1s

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Video del experimento

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El propósito de este experimento dentro del proyecto es investigar el concepto y los procedimientos dentro del bio diseño, explorando la incorporación de los procesos de la biologia y la bioquímica a la construcción de estructuras y así poder parametrizar estos datos y generar un proceso de diseño basado en la bio-computación.

Partiendo del sistema de Biorock descubierto por Wolf Hartmut Hilbertz, arquitecto, inventor y científico marino futurista cuyas contribuciones notables a la ciencia incluyen el descubrimiento de la acumulación de minerales artificiales y su uso para crear arrecifes electrificados. Se pretende hacer una simulación del proceso de electroacumulación para conocer mejor cual es su formación, como se calcifica la estructura y cuanto aumenta su resistencia, cuales son las condiciones mas óptimas para su formación y crecimiento, según las diferentes disoluciones de material.

Las funciones que persigue este tipo de bio-esctructura son: - La protección de los arrecifes de coral y la restauración de los mismos en aquellas zonas que estan en peligro de degradaciñon o en aquellas que has sido degradadas.

- La restauración y regeneración de los ecosistemas marinos perdidos, ayudando así no solo a la fauna y flora si no a la economía local basada en los servicios de los mismos.

- La protección frente a la erosión coster<a y la subida del nivel del mar, no haciendo que estos problemas desaparezcan pero si relentizando sus efectos en la costa de Tarawa.

Ilustraciones de AGASSIZ, Louis. F l o r i d a r e e f s C a m b r i d g e , M a s s . :Printed for the Museum,1880. Disponible en: biodiversitylibrary.org/page/4230371

+

+

+

Objetivo

+ Una pequeña cantidad de corriente eléctica pasa a través de los electrodos del agua. Cuando el ánodo con carga positiva y el cátodo cargado negativamente se colocan en el fondo del mar, se genera un flujo de corriente eléctrica entre ellos.

Fuente energía renovable

Esto hace que los iones de calcio se combinen con los iones de carbonato y se unan, y estos junto con otros minerales marinos se precipiten y adhieran a la estructura.

Corriente continua (DC)

Cátodo

Estructura de acero

Flujo de corriente eléctrica BENEFICIOS DE USAR BIOROCK:

Ánodo

- Tasas de crecimiento 4 m x-8x más rápidas para una variedad de especies de coral con más color y ramificación.

- El coral es hasta 50 veces más resistente a las enfermedades.

- Mayor resistencia al calentamiento de la temperatura del mar y otros efectos antropogénicos.

- El carbonato de calcio producido es un sustrato ideal para el asentamiento de corales.

- No es necesario instalar equipo pesado, ya que el marco de acero es liviano - Las estructuras se autoreparan a sí mismas

+

+

+

En primer lugar, se construyen las nueve estructuras con el alambre de acero, ayudados por unos alicates para ir dándole la forma ramificada del manglar. Para ello se coge una porción simbolica de la estructura a estudiar.

Posteriormente, comienza la instalación de los recipientes y la estructura. Esta va sujeta con unas pinzas de cocodrilo a una subestructura de madera, la cual también servirá de apoyo a la pletina de aluminio que funcionará como ánodo.

Continuaremos montando el sistema de alimentación, generando una conexión en serie-paralelo entre los recipientes y el sistema de alimentación.

Por útimo, prepararemos la disolución de precipitación para cada uno de los recipientes y conectamos el sistema de alimentación.

Dejaremos funcionar el sistema durante 36 horas. Pasado el tiempo apagaremos el sistema y sacaremos las estructuras de los recipientes para dejarlas secar durante otras 48 horas.

Durante el proceso se observará si ha cambiado la apariencia de las estructuras alámbricas y se registrarán las observaciones como la variación de espesor, textura porosidad y resistencia del material. Se hará un registro de cada una de las piezas para poder comparar la diferencia entre las diferentes estructuras así como en varios puntos de la misma.

AAVV.Bio_reClaim. [En Línea] Dispoible en: http:¬//¬¬www.iaacblog.com/projects/bio_reclaim/

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Desarrollo experimental del bio-material

Alambre de acero

Pletina de aluminio

Pinza de cocodrilo

+ Cable eléctrico flexible

Fosfato tricálcico Ca₃(PO₄)₂

Agua de mar

Palo de madera

Recipiente plástico

Fuente alimentación 12V

Alicates

Tijera

Báscula digital

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Material necesario

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Fundamento teórico. Biorock

“La tecnología de Biorock o de acreción de minerales, es un método que utiliza corrientes eléctricas seguras de bajo voltaje a través del agua de mar, lo que hace que los minerales disueltos se cristalicen en las estructuras y se conviertan en una piedra caliza blanca similar a la que forma los arrecifes de coral. Este material tiene una resistencia similar al hormigón. Se puede utilizar para crear arrecifes artificiales en crecimiento en los que los corales crecen a un ritmo muy rápido porque el cambio en el medio ambiente producido por las corrientes eléctricas acelera la formación y el crecimiento tanto de la roca caliza química como de los esqueletos de corales y otros organismos con caparazón.

Los métodos de acumulación de minerales son los mejores para acelerar el crecimiento de los corales en áreas dañadas y restaurar el hábitat y las especies de los arrecifes de coral auténticos. Los arrecifes de coral a menudo se pueden restaurar incluso en áreas donde la calidad del agua impediría su recuperación por otros métodos. Las estructuras de acumulación de minerales se colonizan rápidamente por una amplia gama de organismos de los arrecifes de coral, incluidos peces, cangrejos, almejas, pulpos, langostas y erizos de mar.

Las especies típicas de las condiciones saludables de los arrecifes tienen una ventaja eléctrica sobre los organismos que las sobrecrecen en los arrecifes estresados por los humanos, por ejemplo, el crecimiento excesivo de algas. Las ventajas metabólicas que los corales obtienen de la acumulación de minerales se reducen una vez que la corriente se corta por completo.

Las estructuras de acumulación de minerales están adheridas al fondo duro, proporcionando una barrera física a las olas que lentamente se hacen más grandes y fuertes. Una característica inusual de los materiales de acumulación de minerales es que si una sección es dañada por olas, rocas o barcos, las grietas se rellenarán primero mientras fluya la corriente, lo que las convierte en estructuras autorreparables. También tienen un enorme potencial para hacer estructuras de rompeolas que se fortalecen con el tiempo.”

HILBERTZ, Wolf.Proceso de acreción/biorock: restauración de arrecifes de coral y protección de la costa. [En Línea] Dispoible en: http:¬//¬¬www.wolfhilbertz.com/accretion.html

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Fabricación de la estructura de manglar

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Subestructura de madera

Pletina de aluminio

Estructura de acero

Recipiente

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+

Instalación de los recipientes

+

Para el montaje del sistema de alimentación se utilizarán los cables y las pinzas de cocodrilo.

Se hará una conexión combinando la conexión en serie en las filas con la conexión en paralelo de las columnas de los extremos. Con esto conseguimos dividir el valor de la fuente de alimentación de 12 V en ±3.5V en cada uno de los recipientes.

+ ±3.5V

±3.5V

+ -

+ -

±3.5V

+ -

+ -

±3.5V

+ -

±3.5V

±3.5V

+ -

+

±3.5V

-

+ ±3.5V

±3.5V

+

12V

+

+

+

Preparación del sistema de alimentación

+

+

Preparación de la disolución

Para cada uno de los recipientes prepararemos una disolución diferente.

#1 Agua marina + 40g Ca₃(PO₄)₂ #2 Agua marina + 60g Ca₃(PO₄)₂ #3 Agua marina + 80g Ca₃(PO₄)₂ #4 Agua marina + 100g Ca₃(PO₄)₂ #5 Agua marina + 120g Ca₃(PO₄)₂ #6 Agua marina + 140g Ca₃(PO₄)₂ #7 Agua marina + 160g Ca₃(PO₄)₂ #8 Agua marina + 180g Ca₃(PO₄)₂ #9 Agua marina + 200g Ca₃(PO₄)₂

#9 #8 #6

#7 #5

#3

#4 #2 #1

+

+

Recolección de datos y análisis

#1

#2

Agua marina + 40g Ca₃(PO₄)₂

Sin secar

48h de secado

Sin secar

0

100

100

Porosidad 0

100

100

Resistencia 0

100

0

100

0

100

Porosidad 0

100

0

Resistencia 0

100

0

Volumen

Agua marina + 6

Volumen

+ 48h de secado

Agua marina + 80g Ca₃(PO₄)₂

Sin secar

48h de secado

0

100

0

100

100

Porosidad 0

100

0

100

100

Resistencia 0

100

0

100

0

100

0 0

Volumen

+

#3

60g Ca₃(PO₄)₂

+

+

#4

#5

Agua marina + 100g Ca₃(PO₄)₂

Sin secar

48h de secado

Sin secar

0

100

100

Porosidad 0

100

100

Resistencia 0

100

0

100

0

100

Porosidad 0

100

0

Resistencia 0

100

0

Volumen

Agua marina + 1

Volumen

+ 48h de secado

Agua marina + 140g Ca₃(PO₄)₂

Sin secar

48h de secado

0

100

0

100

100

Porosidad 0

100

0

100

100

Resistencia 0

100

0

100

0

100

0 0

Volumen

+

#6

120g Ca₃(PO₄)₂

+

+

#7

#8

Agua marina + 160g Ca₃(PO₄)₂

Sin secar

48h de secado

Sin secar

0

100

100

Porosidad 0

100

100

Resistencia 0

100

0

100

0

100

Porosidad 0

100

0

Resistencia 0

100

0

Volumen

Agua marina + 1

Volumen

+ 48h de secado

Agua marina + 140g Ca₃(PO₄)₂

Sin secar

48h de secado

0

100

0

100

100

Porosidad 0

100

0

100

100

Resistencia 0

100

0

100

0

100

0 0

Volumen

+

#6

120g Ca₃(PO₄)₂ 180g

+

+

Conclusiones

#1

Sin secar

48h de secado

0

100

0

100

Porosidad 0

100

0

Resistencia 0

100

0

Volumen

#2

Sin secar

100

100

Porosidad 0

100

100

Resistencia 0

100

48h de secado 100

0

100

Porosidad 0

100

0

Resistencia 0

100

0

#3

Sin secar

Volumen

#5

Sin secar 0

100

100

Porosidad 0

100

100

Resistencia 0

100

48h de secado

Volumen

#6

Sin secar 0

100

100

Porosidad 0

100

100

Resistencia 0

100

0

100

0

100

Porosidad 0

100

0

Resistencia 0

100

0

Volumen

Sin secar 0

0

Volumen

#4

Volumen

Durante la realización del experimento, hubo algunos problemas, ya que el montaje se quedo sin corriente durante un tiempo indeterminado y parte de la estructura se desprendió del alambre de acero.

Es por ello que se extraen, muestras desprendidas en los recipientes, y se analizan tanto las que han quedado pegadas como las desprendidas, y se ve como cambia su cinposición desún pasa el tiempo de secado.

+ 48h de secado 0

100

0 0

#7

Sin secar

48h de secado

0

100

0

100

100

Porosidad 0

100

0

100

100

Resistencia 0

100

0

100

48h de secado 0

100

0 0

Volumen

#8

Sin secar

48h de secado

0

100

0

100

100

Porosidad 0

100

0

100

100

Resistencia 0

100

0

100

48h de secado 0

100

0 0

Volumen

#9

Sin secar

48h de secado

0

100

0

100

100

Porosidad 0

100

0

100

100

Resistencia 0

100

0

100

Volumen

+

Tras la realización del experimento se obtienen resultados muy diversos.

Como era de esperar, a mayor cantidad de material de disolución mas volumen ganan las estructuras, sin embargo en muchos caos es contraproducente, ya que no está directamente relacionado con la resistencia que estos obtienen, perdiendo parte de ella también por que se observa en ellos una mayor porosidad. Son por tanto las mezclas que se encuentran en un punto medio las óptimas para un crecimiento eficiente de la estructura.

+

Inserción de la estructura

Primera fase de acreción de minerales

Segunda fase de acreción de minerales

+

Tercera fase de acreción de minerales

+

+

Visualización del experimento parametrizado en grasshopper

+

+

+

+

Relación de la estructura y la costa

Inserción de la estructura Tras la construcción de estructura en tierra, transporta a su punto insercción en barco, y inserta en el terreno.

la se de se

Primera fase - Atracción de vida marina colonizadora Los primeros minerales empiezan a adherirse a la estructura, y con dichos sedimentos empiezan a atraer fauna marina al lugar.

Segunda fase - Construcción del arrecife Los buzos transplantan fragnetos de coral al armazón y estos se unen al sustrato acumulado.

Debido al oxígeno y a la acumulación facilitada electroquímicamente de los iones disueltos, los corales comienzan a crecer de 3 a 5 veces mas rápido de lo normal.

+

Tercera fase - Regeneración del ecosistema de arrecide Con el paso del tiempo, estas estructuras adquieren la apariencia y la utilidad de un ecosistema de arrecife natural.

+

+

+

Relación de la estructura y el arrecife de coral

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Antes de continuar, por favor escaneame

https://www.youtube.com/watch?v=GJ9fUz7UQcs

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Video de fotomontajes