Resumen de El biodeterioro en edificios del patrimonio cultural: Metodología de evaluación de tratamientos biocidas
- español
Esta investigación se centra en el estudio del biodeterioro que experimentan los materiales que forman parte de los bienes culturales y la evaluación del comportamiento de los tratamientos para combatirlos. Para ello, se han estudiado varios edificios del Patrimonio Cultural en Andalucía: la portada de la iglesia del convento de Santa Paula de Sevilla; la decoración de ataurique del Salón Rico de Medina Azahara de Córdoba; las Pinturas de la Sala de los Reyes de la Alhambra de Granada y la Macsura de la Mezquita de Córdoba. Estos inmuebles están formados tanto por materiales inorgánicos (ladrillo, piedra, pintura mural) como por materiales orgánicos (madera, cuero) los cuales pueden sufrir procesos de biodeterioro que ocasionan cambios en sus propiedades físicas, químicas y estéticas.
El objetivo general es la formulación de una metodología para el estudio del biodeterioro de los materiales constitutivos y el establecimiento de una propuesta de intervención, desde el punto de vista biológico, mediante la selección de tratamientos biocidas eficaces y compatibles con dichos materiales. Para ello, se realiza la caracterización de los materiales originales de las obras en estudio con el objeto de determinar su susceptibilidad al biodeterioro y a los distintos tratamientos biocidas. Por otro lado, se realiza la determinación de especies biológicas que se encuentran deteriorando estos materiales, mediante estudios microbiológicos y botánicos. Además, se evalúa la efectividad de diferentes productos biocidas así como su compatibilidad con los distintos materiales originales de las obras en estudio y con otros tratamientos de conservación (consolidantes). Se han utilizado diferentes técnicas de análisis como: microscopía estereoscópica, óptica y electrónica de barrido con microanálisis elemental mediante energía dispersiva de rayos X (SEM-EDX); difracción de rayos X (DRX); espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y cromatografía de gases (CG); técnicas de cultivo y técnicas de biología molecular; espectroscopia UV-visible; y determinación de propiedades físicas y mecánicas: colorimetría, porosidad, velocidad de trasmisión de ultrasonidos y dureza superficial.
Los diferentes productos biocidas a emplear se seleccionaron en función de los organismos detectados en los diferentes materiales que componían los inmuebles. Así, en el caso de materiales pétreos y cerámicos, se usaron los alguicidas/liquenicidas: sales de amonio cuaternario (Preventol Ri80, New Des 50, Biotin T y Biotin R). Mientras que para los materiales orgánicos y las pinturas, se emplearon fundamentalmente fungicidas: voriconazol, tiabendazol, nanopartículas de óxido de cobre, nanopartículas de óxido de zinc y nanopartículas de dióxido de titanio.
Los parámetros que se han empleado en la evaluación de estos tratamientos han sido fundamentalmente dos: el estudio comparativo de la eficacia de los biocidas y el estudio de la interacción o compatibilidad del biocida con el material, en cada uno de los casos objeto de estudio.
Para comprobar la eficacia de los biocidas en el caso de los geomateriales, se ha estudiado la vitalidad de microorganismos fotótrofos al microscopio óptico, la interfase de estructuras liquénicas con el sustrato mediante el SEM y la estimación de biomasa fotosintética por espectrofotometría ultravioleta-visible. Así mismo, en el caso de la madera, se ha recurrido a la observación del crecimiento fúngico en probetas tras la aplicación de biocidas.
Por otra parte, se han realizado una serie de ensayos para analizar la interacción o interferencia que estos productos biocidas presentan con el principal material constitutivo de cada monumento. Para ello, se han elaborado réplicas o probetas de los distintos materiales en estudio y, tras la aplicación de los biocidas, se han observado estos materiales al SEM-EDX y se han efectuado microanálisis elementales mediante energía dispersiva de Rayos X, para poder detectar posibles cambios en la composición química, así como en la morfología a nivel microscópico. También en algunos casos, cuando ha sido posible, se han realizado ensayos para cuantificar las posibles variaciones sufridas en diferentes propiedades físicas de los materiales (colorimetría, porosidad abierta, dureza superficial, absorción humedad atmosférica, velocidad de ultrasonido, etc.).
El Biotin R ha resultado ser el más adecuado para eliminar el biodeterioro en la piedra de los atauriques del Salón Rico de Medina Azahara, tanto por su eficacia como por su escasa interacción con el material constitutivo, sin embargo, en el caso de los materiales cerámicos de Santa Paula, ha resultado ser el Preventol Ri80. A su vez, se determina que el Biotin T es completamente inadecuado para eliminar biodeteriógenos de los atauriques, puesto que se detecta una alta disgregación del material cuando se aplica por inmersión. En general, todos estos productos biocidas aumentan, aunque levemente, la porosidad de los geomateriales analizados.
Con respecto a las pinturas sobre cuero de la Sala de los Reyes de la Alhambra y las maderas y pinturas murales de la Macsura de la Mezquita de Córdoba, todos los biocidas ensayados han resultado ser eficaces reduciendo la proliferación de especies fúngicas. El tratamiento con nanopartículas de CuO, aunque resulta el más eficaz, produce un cambio de color muy significativo en todos los materiales sobre los que se ha ensayado, maderas y materiales pictóricos, oscureciéndolos, por lo que su utilización no está indicada en patrimonio histórico.
Los pigmentos que se han visto más alterados tras la aplicación de los biocidas son el rojo y el azul. El tiabendazol es el fungicida que ocasiona menor cambio cromático en todos los casos. El estudio realizado mediante SEM-EDX, evidencia que no existen cambios químicos ni morfológicos significativos en la superficie de las muestras tras el tratamiento con los productos.
La conjunción de todos estos estudios ha permitido determinar qué producto biocida es el más adecuado para, en cada caso, eliminar los agentes biológicos responsables del deterioro de los materiales constitutivos. Así mismo, se ha puesto de manifiesto que siempre es necesario efectuar estudios previos de caracterización de materiales, de determinación de especies biológicas y de evaluación de tratamientos, tanto de su efectividad como de su compatibilidad con los materiales que forman parte de los bienes culturales en estudio, ya que los efectos que estos tratamientos producen sobre ellos varían dependiendo de la naturaleza de los mismos.
- English
This research focuses on the study of biodeterioration experienced/suffered by materials that are part of cultural assets and how to evaluate the behaviour of the treatments that are used to control it. For this purpose, several buildings of Cultural Heritage in Andalusia have been studied: the church cover of the Santa Paula convent in Seville; the ataurique decoration in the Salon Rico in Medina Azahara in Córdoba; the Paintings in the Hall of the Kings of the Alhambra in Granada and the Macsura of the Mosque in Cordoba. These buildings are made up of both inorganic materials (brick, stone, wall paint) and organic materials (wood, leather) which can undergo biodeterioration processes that cause changes in their physical, chemical and aesthetic properties.
The general objective is to formulate a methodology to study the biodeterioration of the constituent materials and to establish an intervention proposal from the biological point of view, by selecting effective biocide treatments that are compatible with these materials. For this purpose, a characterization of the original materials of the works under study was perfomed in order to determine how susceptibe they were to biodeterioration and to the different biocidal treatments. On the other hand, the biological species that are deteriorating these materials, are determined with microbiological and botanical studies. In addition, the effectiveness of different biocidal products is evaluated, as well as their compatibility with the different original materials of the works under study and with other conservation treatments (consolidants). Different analysis techniques were used, such as: stereoscopic microscopy, optics and scanning electronics with elemental microanalysis using X-ray dispersive energy (SEM-EDX); X-ray diffraction (XRD); Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and gas chromatography (GC); culture techniques and molecular biology techniques; UV-visible spectroscopy; and determination of physical and mechanical properties: colorimetry, porosity, speed of ultrasound transmission and surface hardness.
The different biocidal products to be used were selected based on the organisms detected in the different materials that made up the buildings. Thus, in the case of stone and ceramic materials, algaecides / lichenicides were used: quaternary ammonium salts (Preventol Ri80, New Des 50, Biotin T and Biotin R). While for organic materials and paints, fungicides were mainly used: voriconazole, thiabendazole, copper oxide nanoparticles, zinc oxide nanoparticles and titanium dioxide nanoparticles.
Two fundemental parameters were used to evaluate these treatments: the comparative study of the efficacy of the biocides and the study of the how the biocide interacts with, or how compatible it is with the material in each of the cases under study.
In order to verify how effective the biocides are in the case of geomaterials, we studied the vitality of phototrophic microorganisms under an optical microscope, the interface of lichen structures with the substrate by SEM and the estimation of photosynthetic biomass by ultraviolet-visible spectrophotometry. Likewise, in the case of wood, fungal growth was observed in specimens after applying the biocides.
On the other hand, a series of tests were carried out to analyze how the biocidal products interact or interfere with the main constituent material of each monument. To this end, replicas or specimens of the different materials under study were prepared and, after applying the biocides, these materials were observed at SEM-EDX, and elemental microanalyses were carried out using X-ray dispersive energy in order to detect possible changes in the chemical compositions, as well as morphology at microscopic level. Also in some cases, when it was possible, tests were also carried out to quantify possible variations suffered in the different physical properties of the materials (colorimetry, open porosity, surface hardness, atmospheric moisture absorption, ultrasound speed, etc.).
The Biotin R has proved to be the most suitable in eliminating biodeterioration in the stone of the atauriques in the Rico Salon in Medina Azahara, as much for its effectiveness as for its low level of/scarce interaction with the constituent material, however, in the case of the ceramic materials in Santa Paula, the most sutable turned out to be Preventol Ri80. In turn, it was determined that Biotin T is completely unsuitable or eliminatomg biodeteriogens from the atauriques, due to a level of high disintegration of the material detected when it was applied by immersion. In general, all these biocidal products increase, albeit very slightly, the porosity of the geomaterials analyzed.
With respect to the paintings on leather in the Hall of the Kings in the Alhambra and the wood and wall paintings of the Macsura of the Mosque of Córdoba, all the biocides tested proved effective in reducing the proliferation of fungal species. The treatment with CuO nanoparticles, although it is the most effective, caused a very significant color change in all the materials it was tested on, ie wood and pictorial materials, by darkening them, so their use is not indicated in historical heritage.
The pigments that were the most altered after the applying the biocides are red and blue. Thiabendazole is the fungicide that causes the least chromatic change in all cases. The study carried out by SEM-EDX, shows that there are no significant chemical or morphological changes in the surface of the samples after being treated with the products.
The combination of all these studies has made it possible to determine which biocidal product is the most suitable for each case, eliminating the biological agents responsible for the deterioration of the constituent materials. Likewise, it has become clear that it is always necessary to perform preliminary characterization studies on the materials, to determine biological species and to evaluate the treatments, both with regard to how effective they are and how compatibile they are with the materials that are part of the cultural assets in study, since the effects that these treatments produce on them vary depending on their nature.
