Person: Martín Duque, José Francisco
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First Name
José Francisco
Last Name
Martín Duque
Affiliation
Universidad Complutense de Madrid
Faculty / Institute
Ciencias Geológicas
Department
Geodinámica, Estratigrafía y Paleontología
Area
Geodinámica Externa
Identifiers
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Now showing 1 - 3 of 3
- Project number: 301
Item Aplicación didáctica de modelos 3D para la observación de las formas del terreno ligadas a su dinámica superficial. Implementación de resultados de modelos dinámicos reales (flumes) y topografía LiDAR en software SIG e impresoras 3D(2021) Garrote Revilla, Julio; Sanz Santos, Miguel Ángel; Uribelarrea Del Val, David; Martín Duque, José Francisco; Blanco Argüello, Agustín; Garcia Mendez, Alejandro; Gómez Garre, Daniel; Sarobe García, Héctor; Terol Terol, PalomaEste proyecto de innovación docente (Proyecto INNOVA-Docencia 2020/21 - Nº 301), continuación del proyecto INNOVA-Docencia 2019/20 - Nº 38, tiene dos grandes objetivos: a) enseñanza de formas y procesos geomorfológicos y b), el aprendizaje de técnicas de obtención de datos, fundamentales en el ámbito laboral. a) El primero de los objetivos, una vez el modelo a escala de río (flume) fue construido en el proyecto INNOVA-Docencia 2019/20 - Nº 38, ha sido mostrar a los alumnos el funcionamiento de la dinámica fluvial como medio efectivo de transformación de la superficie del terreno (debido a los procesos de erosión y sedimentación fluvial) y modelación del paisaje. Para lograr este objetivo, se proponen varias configuraciones iniciales de un tramo de cauce (modificando principalmente el grado de sinuosidad inicial del cauce, y su pendiente longitudinal). b) Para lograr el segundo de los objetivos, se introducirá a los alumnos en el técnica de la fotogrametría digital de detalle, también denominada SfM (del término en inglés “Structure from Motion”), en la que a partir de la toma de fotogramas digitales y mediante el uso de programas de fotogrametría, se generarán modelos digitales del terreno que permitirán la comparación de la superficie del flume en diferentes instantes temporales de las simulaciones (instantes inicial – medio – final). De tal forma que posteriormente esos modelos digitales del terreno (MDT) se implementarán dentro de un entorno SIG (Sistemas de Información Geográfica) para la estimación y delimitación espacial de las zonas modificadas a lo largo de la simulación (zonas de predominio de los procesos de erosión o de sedimentación fluvial). Los objetivos planteados se desarrollan a partir de una idea central, que es que la enseñanza y aprendizaje de la geomorfología y sus procesos asociados requiere de una notable visión tridimensional y espacial. Sin embargo, en muchos casos no es sencillo trasladar el conocimiento geomorfológico a través de gráficos tradicionales (2D) o fotografías, pues en ellos se pierde la componente tridimensional de las formas en la naturaleza, así como una posible cuarta componente ligada al tiempo. En ocasiones, y aunque el alumno llega a comprender los conceptos teóricos, es difícil para el docente abordar la aplicación real o práctica de dicha teoría. Sin duda, el trabajo en las salidas de campo es un buen momento para tratar de observar los procesos geomorfológicos, pero con sólo dos excursiones por asignatura no hay posibilidad de analizar la multitud de casos reales que se imparten en clase. Además, la duración de las salidas de campo (de uno o varios días) es ínfimo desde un punto de vista geológico, pues la duración o el tiempo en que tienen lugar la formación de elementos asociados a la dinámica superficial de la tierra es infinitamente mayor (de ahí la incapacidad de abordar esa cuarta componente temporal de los procesos geomorfológicos); aun siendo aquellos ligados a la dinámica fluvial (migración lateral de un cauce, el estrangulamiento de un meandro o los procesos de erosión en las cabeceras fluviales) posiblemente de los más rápidos en su formación, pero siempre a una escala de tiempo no asumible. En definitiva, la posibilidad de observar de manera directa los procesos de erosión – transporte – sedimentación fluvial, que dan lugar a la formación de morfologías erosivas o sedimentarias, es realmente complicada. Sin embargo, a través de la utilización de un flume y en una escala de tiempo real, se puede modelizar la dinámica de un tramo de río modificando las variables principales que controlan un sistema fluvial real, esto es: gradiente, caudal líquido, carga sólida, tamaño de sedimento, etc. Permitiendo al docente enseñar la dinámica fluvial en tiempo real: procesos de formación, modificación y destrucción de estructuras morfológicas, y de las formas resultantes que sí podemos observar en la naturaleza de manera estática. Además, como parte del aprendizaje, se incorporará a las Prácticas de Laboratorio de las asignaturas del Área de Geodinámica Externa el manejo del flume y de los registros cualitativos y cuantitativos resultantes del mismo: a) fotografías y videos de los procesos y formas ligadas a la dinámica fluvial; b) la generación de modelos digitales del terreno mediante fotogrametría digital de detalle y su posterior análisis en un entorno SIG (herramienta fundamental para un geólogo y cualquier profesional que se dedique a la evaluación de impacto, ordenación del territorio y análisis de riesgos geológicos). En este caso particular, la combinación de un modelo a escala con las técnicas de captura de datos comentadas permitirá la generación de modelos digitales del terreno seriados en el tiempo (ej. Situación inicial – Intermedia – Final), de tal forma que se podrá analizar la evolución de las formas en conjunto: fase inicial o embrionaria, fase de desarrollo, fase de madurez, y fase de erosión o desmantelamiento. Para esos análisis, y dentro del entorno SIG, la utilización de la herramienta GCD (Geomorphic Change Detection) permite simplificar estos análisis a la vez que proporciona unas salidas gráficas estandarizadas de fácil asimilación por los alumnos. Los alumnos serán guiados por los profesores en todos los pasos del proceso, desde la adquisición de fotografías digitales de detalle encaminadas a la generación de modelos 3D, pasando por la elaboración de los Modelos Digitales del Terreno a partir de la técnica fotogramétrica, y finalmente el análisis cuantitativo de estos MDTs y de sus diferencias. Por último, la impresión 3D de los modelos (MDTs) añade un valor visual considerable al trabajo, además de servir de material didáctico para las clases. Un modelo 3D impreso permite visualizar desde todos los ángulos las variaciones topográficas ocurridas entre los distintos modelos, y por tanto seguir y “tocar” dichas modificaciones. Por último, y en la medida de lo posible, se generaran videos time-lapse de las metodologías utilizadas, lo cuales serán añadidos a los canales de difusión más utilizados por el alumnado, como son las redes sociales. - Project number: 38
Item Aplicación didáctica de modelos dinámicos reales (flumes) y a escala (3D) en el análisis de los procesos dinámicos de formación del relieve(2021) Garrote Revilla, Julio; Uribelarrea Del Val, David; Martín Duque, José Francisco; Sanz Santos, Miguel Ángel; Blanco Argüello, Agustín; Page Antequera, Jesús; Terol Terol, Paloma; Sarobe García, Héctor; Peréz Menéndez, Loreto; Gómez Garre, Daniel; Durán Cerrato, Daniel; Comas López, NuriaEl eje vertebrador de este proyecto de innovación docente es la utilización de herramientas prácticas y didácticas para la enseñanza de los procesos que modelan el territorio y configuran el paisaje. De tal forma que mediante la utilización de estas herramientas en el laboratorio, se trasladarían las clases magistrales desarrolladas en aulas convencionales hacia unas clases más dinámicas en laboratorio, en las que el alumnado puede ver y manipular el “resultado” de la actuación de los procesos superficiales que modelan la superficie terrestre (con especial énfasis en la dinámica fluvial y procesos de ladera). Para alcanzar estos objetivos se plantean tres vías de actuación dentro del proyecto, que son complementarias entre sí. Como eje principal del proyecto se plantea la construcción de un modelo físico a escala (flumes) en el que se puedan representar los procesos de erosión – transporte – sedimentación ligados a la dinámica fluvial, y su dinámica en función del tipo de río (sinuoso - meandriforme o trenzado). La misma instalación (flume) también sirve de soporte para analizar procesos superficiales como la erodabilidad del terreno o vulnerabilidad a la erosión, utilizada en la Universal Soil Loss Equation (USLE). La implementación de esta vía de actuación se ve sólidamente respaldada por la formación y líneas de investigación de los componentes PDI de la solicitud, que forman parte del Grupo de Investigación UCM 910391 – “Geomorfología Ambiental y de Riesgos”. La utilización de los modelos físicos a escala es común en instituciones de enseñanza de otros países; existiendo incluso empresas que los fabrican y comercializan (los conocidos modelos EMriver de “Little River Research & Design”). Estos modelos pueden ser de estructura fija o móvil, en función del tamaño de los mismos; como ejemplo de los primeros, el Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) tiene grandes (y costosos) flumes fluviales y costeros. Nuestro objetivo no es tan ambicioso en cuanto a las dimensiones de la infraestructura, buscando elaborar un flume de tipo móvil, mucho más pequeño y económico, que se adapta perfectamente a los objetivos didácticos propuestos. Los modelos de estructura móvil son perfectamente útiles para la observación y análisis los citados procesos superficiales. La segunda vía de actuación planteada en el proyecto tiene que ver con el registro del modelo físico. Esto es, los modelos flume permiten la observación directa de procesos geomorfológicos, pero como son dinámicos, hacen difícil la cuantificación de los procesos y el registro de las formas resultantes. Habitualmente el registro se hace con fotografías y videos, pero no dejan de ser cualitativos. En este caso proponemos hacer un registro cuantitativo. Para ello utilizaremos la fotogrametría, una técnica bien conocida por el equipo, que la aplica a casos de estudio reales. En el laboratorio se tomarán fotografías cenitales del flume, a intervalos temporales pre-definidos, con dos cámaras fijas con estereoscopía (con solape de un 70%). Mediante un software específico de fotogrametría se introducirá a los estudiantes a esta técnica, la cual nos permite la generación de modelos digitales 3D del relieve o modelos digitales de elevaciones (MDE). Esta técnica requiere de cierta experiencia y no se conocen hasta la fecha casos de uso en flumes. Es más, sería posible hacer varios modelos digitales a medida que el modelo flume evoluciona. Así, se obtendrá una secuencia temporal de cambios y se podrá analizar la evolución tridimensional del terreno. Un ejemplo clásico es la migración lateral de un cauce o la evolución de una cárcava en una ladera. Tercera vía de actuación, impresión 3D. Hasta ahora, hemos logrado observar procesos geomorfológicos en el laboratorio y su documentación digital. Creemos que un paso muy interesante es el de trasladar el modelo físico, efímero, a un modelo definitivo, a escala menor y en 3D, que pueda ser utilizado a posteriori en las clases. Precisamente los modelos digitales de elevaciones generados a partir de técnicas fotogramétricas pueden ser impresos físicamente en impresoras 3D. Se cierra así un círculo entre la observación práctica de los conceptos teóricos, el registro digital y cuantitativo de los resultados y la conservación física de los mismos. Las técnicas de diseño e impresión 3D, que están en pleno auge de desarrollo e implementación en la aulas, son perfectas para generar modelos del paisaje que los alumnos puedan tocar, analizar y medir directamente sobre ellos. Pasarán a formar un colección de paisajes, procesos y formas que se utilizarán en clase acompañados de su correspondiente documentación teórica, gráfica (video). El uso de la impresión 3D se antoja como una de las mejores formas de trasladar el territorio al aula. En este sentido, el citado Grupo de Investigación acaba de adquirir una impresora 3D, y por tanto sólo se incluye en el presupuesto actual los costes del material de impresión. Creemos que una de las mejores maneras de optimizar este recurso recién adquirido es precisamente “alimentarlo” con modelos físicos reales de laboratorio. Finalmente, no deben despreciarse desde el punto de vista de la innovación docente tres aspectos importantes que pasan a describirse a continuación de manera breve: En primer lugar, la capacidad de la propuesta aquí expuesta de generar material didáctico a partir de la grabación de imágenes y videos (time-lapse) de los procesos simulados. La capacidad de generar modelos de manera física, de tal forma que éstos pueden ser tocados y manipulados por los estudiantes. La posibilidad de diseño de experimentos prácticos de evolución fluvial o de cuantificación de procesos fluviales. Así como de los retos que se pueden proponer a los estudiantes, tanto desde el punto de vista conceptual como aplicado. Los datos recopilados en estos experimentos pueden ser además la base de otros ejercicios prácticos. En segundo lugar, que el proyecto cuenta con la implicación de personal de todas las categorías consideradas en la convocatoria INNOVA. Tanto personal PDI, que deberán comandar el diseño conceptual de los experimentos, modelos, recopilación de datos, etc.; como personal PAS, que deberá liderar las tareas prácticas de construcción del modelo físico a escala y la recopilación de datos; como por último pero no menos importante, de estudiantes, los cuales deben jugar dos papeles principales: por un lado su implicación en todas las fases de desarrollo de los modelos y toma de datos, y por otro el servir de altavoz hacia sus compañeros de los conocimientos adquiridos. Por último, cabe destacar la utilidad y transversalidad de la propuesta de este proyecto de innovación docente. Por su concepción, la utilidad de este proyecto abarca asignaturas pertenecientes a distintos Grados (Grado en Geología, Grado en Ingeniería Geológica, Grado en Geografía y Ordenación del Territorio, e incluso el Grado en Arqueología) y Postgrado (Máster en Geología Ambiental y Máster en Restauración de Ecosistemas); todo ello a través de su relación con diferentes asignaturas, como son principalmente la Geomorfología, la Geodinámica Externa, la Geología Ambiental, la Restauración Geomorfológica, o los estudios de Riesgos Geológicos (fluviales y de erosión de suelos). - Project number: 72
Item Modelos a escala de ríos (Flumes), fotogrametría digital, técnicas LiDAR, e impresión 3D para el desarrollo de un manual docente de prácticas de laboratorio con el objetivo de dinamizar la enseñanza de los procesos ligados a la geomorfología fluvial(2022) Garrote Revilla, Julio; Uribelarrea Del Val, David; Sanz Santos, Miguel Ángel; Zapico Alonso, Ignacio; Martín Moreno, Cristina; Martín Duque, José Francisco; Fernández Esteban, David; Comas López, Nuria; Durán Cerrato, Daniel; Garcia Mendez, Alejandro; Gómez Garre, Daniel; Sarobe García, HéctorEste proyecto de innovación docente (Proyecto INNOVA-Docencia 2021/22 - Nº 72), continuación de los proyectos INNOVA-Docencia 2019/20 - Nº 38, e INNOVA-Docencia 2020/21 - Nº 301, tiene varios objetivos específicos: a) la actualización y mejora del modelo a escala de río para que el mismo pueda reproducir todos los tipos de cauces que encontramos en la naturaleza; b) enseñanza de formas y procesos geomorfológicos fluviales mediante el desarrollo de un manual de ejercicios prácticos; y c), la exposición pública a la comunidad educativa de los experimentos y logros alcanzados.