Como a impressão 3D pode revolucionar a restauração de recifes de coral

Os recifes artificiais são pilares de regeneração ecológica, funcionam como estruturas de suporte à vida marinha, oferecendo:

• Superfícies para fixação de corais e outras espécies;
• Abrigo para peixes e invertebrados;
• Aumento da complexidade do habitat, favorecendo a biodiversidade.

Estas funções são essenciais para restaurar o equilíbrio dos ecossistemas danificados, especialmente em áreas degradadas por fatores como alterações climáticas, pesca intensiva e poluição.

Mas afinal, o que é o design biomimético? É uma abordagem de design que se inspira nas formas, estruturas e processos da natureza para resolver desafios humanos.

No contexto da restauração marinha, isto significa reproduzir as formas complexas e orgânicas dos recifes naturais, como cavidades, ranhuras e texturas irregulares, que facilitam a fixação de organismos e promovem a diversidade ecológica.

Ao aliar o design biomimético à impressão 3D, é possível:

• Tornar os recifes artificiais mais atrativos para a vida marinha;
• Criar estruturas resistentes e duradouras;
• Desenvolver uma solução sustentável e escalável para projetos de restauração ecológica.

A construção de recifes artificias é, atualmente, umas das estratégias mais eficazes para reduzir os danos enfrentados pelos recifes e corais em todo o mundo.

No Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, foi desenvolvido o projeto Modular Eco-Engineering Reef (MER) para a criação de recifes artificias através de impressão 3D por extrusão, uma investigação conduzida por Ilse Valenzuela Matus no âmbito do programa de Ciência, Tecnologia e Gestão Marinha.

O projeto teve como objetivo criar uma solução sustentável capaz de reduzir os impactos da ação humana sobre a destruição dos habitats de recife e a consequente perda de ecossistemas, criando uma solução sustentável e replicável.

Desenhado para alcançar resultados concretos

1. Criar habitats diversificados: Desenvolver estruturas que funcionem como zonas de refúgio, passagens e superfícies de fixação, aumentando a complexidade do habitat.

    

2. Promover a economia circular: Utilizar materiais resíduos minerais, orgânicos e da construção civil, sem efeitos químicos negativos para as espécies ou para o ambiente marinho.

    

3. Desenvolver uma argamassa inovadora: Garantir a compatibilidade com impressão 3D, assegurando resistência mecânica e durabilidade.

    

4. Construir um recife artificial em escala real: Avaliar se a forma da estrutura cumpre os objetivos ecológicos definidos, testando a viabilidade do método de fabrico, logística de construção, transporte e instalação no mar.

    

5. Documentar resultados: Recolher dados sobre colonização por espécies e avaliar a durabilidade da estrutura ao longo do tempo.

Do protótipo à escala real

A investigação iniciou com pequenos protótipos, que serviram para validar geometrias e métodos de construção.

Os ensaios iniciais foram realizados com uma argamassa desenvolvida especificamente para este projeto, composta por conchas de mexilhão trituradas, metacaulino e CEM I 42,5 R.

Posteriormente, o recife artificial em escala real foi construído utilizando com a argamassa weber 3D 160-1.

A Saint-Gobain comparticipou este projeto  cerca de 850 kg desta argamassa para a sua execução, distribuída entre a base e a parte superior da estrutura — um contributo essencial para o seu sucesso.

Weber 3D 160-1, a argamassa otimizada para impressão 3D de betão

A solução weber 3D 160-1 é uma argamassa industrial de alta performance, projetada especificamente para impressão 3D de betão. Este material permite construir peças com grande nível de detalhe, tornando possível a produção de estruturas complexas em curtos períodos.

Graças à sua baixa retração e elevada resistência mecânica, a argamassa weber 3D 160-1 possibilita a redução da quantidade de material necessário, o que contribui diretamente para a diminuição da emissão de CO₂. As vantagens vão ainda mais longe: peças mais leves tornam o transporte mais eficiente, reduzindo custos e impacto ambiental.

Para o seu uso, é necessário um sistema de mistura e bombagem dedicado ou adaptado para argamassas de impressão 3D, garantindo a consistência ideal durante todo o processo de impressão.

Além disso, o Centro de Competências Saint-Gobain em Impressão 3D desenvolveu e patenteou a Weber Mortar Platform, um sistema de monitorização e controlo de qualidade que assegura a uniformidade e a excelência de toda a argamassa utilizada na impressão, desde o início até ao final do processo de impressão, de uma forma totalmente autónoma e digital.

Combinando tecnologia avançada e sustentabilidade, é uma solução ideal não só para projetos inovadores de arquitetura e engenharia, como também para restauração marinha.

Processo de construção do recife em escala real

A produção do recife artificial foi dividida em quatro fases:

1. Impressão 3D da base;
2. Impressão 3D da parte superior;
3. Montagem das duas partes;
4. Transporte para Peniche.

Na primeira fase, iniciou-se a impressão da base do recife, produzida de forma invertida para permitir a criação de túneis. Foi incorporada uma malha de reforço metálica no interior, garantindo maior resistência mecânica.;

Adicionalmente, foram inseridos seis tubos de plástico para orientar e preservar os orifícios destinados à passagem dos parafusos de fixação entre as duas partes. Por fim, as cavidades abertas foram preenchidas com o mesmo tipo de argamassa, transformando a estrutura numa peça sólida.

A impressão 3D desta peça durou cerca de três horas e consumiu 475 kg da argamassa weber 3D 160-1. Após a impressão, a base foi deixada a secar durante 28 dias, assegurando a cura completa e a obtenção da resistência desejada.

A execução da segunda fase seguiu a mesma metodologia. Após a conclusão da impressão, a parte superior do recife permaneceu na plataforma a secar durante o mesmo período. Esta peça final teve um peso total de 375 kg de argamassa.

Finalmente, o recife impresso em 3D foi colocado no camião guindaste para transporte da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto até Peniche, onde foi realizada a imersão da estrutura no mar.

Pesquisas anteriores testaram o sucesso da utilização de argamassas enriquecidas com resíduos em substratos de pequena e média escala.

• Cascas de mexilhão trituradas
• Pó de tijolo
• Calcário
• Cinza de casca de arroz
• Metacaulino (um material obtido a partir da calcinação do caulino, um tipo de argila pura e branca)

Estes materiais não só reduzem o impacto ambiental, como também melhoram as propriedades físico-químicas da argamassa, garantindo resistência e compatibilidade com o ecossistema marinho.

O projeto Modular Eco-Engineering Reef combina inovação tecnológica, sustentabilidade e conservação marinha, oferecendo novas oportunidades para proteger e revitalizar os ecossistemas marinhos ameaçados.

Os seus resultados abrem caminho para a incorporação de novos materiais na formulação de substratos mais sustentáveis, permitindo criar soluções inovadoras. Esta abordagem evidencia o potencial da tecnologia 3D para se tornar uma solução chave na luta pela preservação dos oceanos.