ES2618208T3 - Procedimientos y matrices para promover el crecimiento de fauna y flora - Google Patents
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Abstract
Una infraestructura marina que comprende una matriz de hormigón, comprendiendo la matriz de hormigón al menos un tipo de cemento, al menos un agregado, arena de calidad fina de menos de 4,75 mm y/o agregados naturales o triturados de menos de 0-2 mm y agua potable que no contiene más de 1000 partes por millón de cloruro o sulfatos y carece de plomo, cobre, zinc (<5 ppm) o fosfato (<5 ppm), teniendo la matriz de hormigón un pH de menos de 12 para su uso en la promoción del crecimiento de fauna y flora en entorno acuático, en la que dicha matriz de hormigón tiene una resistencia promedio a la comprensión entre 30 a 80 MPa, una profundidad de penetración de agua bajo 700 kPa (7 bar) entre 5 a 50 μm y una resistencia a la penetración de cloruro entre 500 y 2000 culombios.
Description
Se usaron losetas de hormigón de 15 x 15 x 4 cm para el experimento de campo. Cada loseta, que pesaba aproximadamente. 2,5 kg, tenía una cara lisa y una con textura. La textura se formó usando un revestimiento de plástico, que crea una textura de tipo pólipos de coral. Se prepararon diez replicas para cada una de las 5 matrices ensayadas (M1-M5) y del control Portland. Cada loseta se marcó con un número de identificación (1, 2, 3...) que no 5 revela la composición de la matriz. El tipo de matriz para cada número de loseta se enumeró por separado, permitiendo un muestreo "enmascarado" (es decir, los inspectores muestreaban las losetas sin conocer su composición de hormigón), eliminando una recogida de datos sesgada. Las losetas se montaron en un tablero de malla metálica desplegado en el mar. En la estación del Mar Rojo, las losetas se colocaron a 10 m de profundidad, mientras que la estación del Mar Mediterráneo, debido a las condiciones poco profundas del lecho marino, a 6 m de
10 profundidad. Las losetas de las diversas matrices se dispusieron aleatoriamente sobre el tablero de malla, con la cara con textura orientada hacia el mar.
Se muestrearon cinco losetas de cada matriz 3, 6 y 12 meses después del despliegue. En cada evento de control, las losetas se recuperaron temporalmente del mar y se transfirieron completamente sumergidas al laboratorio. Se inspeccionaron cuidadosamente ambas caras de cada loseta usando un microscopio de disección, se fotografiaron y 15 se muestrearon antes de volver a desplegarlas. La cuantificación de la cobertura de los taxones incorporados en cada cara de la loseta se realizó usando una rejilla de 1 x 1 cm, de acuerdo con Perkol-Finkel y col. (2008). Los datos indicados incluían composición de taxones, porcentaje de cobertura de organismos coloniales (briozoos, tunicados y esponjas), y número de organismos solitarios (tunicados, bivalvos y percebes). Los grupos taxonómicos que no pudieron contarse como individuos (es decir, grupos de gusanos serpúlidos), o los que difieren en densidad
20 (césped y algas coralinas), se clasificaron del siguiente modo: 0 -ausente, 1-escasamente dispersado, 2 densamente dispersado y 3 -densamente uniforme.
Además, durante 6 y 12 meses después del despliegue, se midió la concentración de clorofila y la biomasa (peso seco orgánico e inorgánico), raspando cuidadosamente todos los organismos bénticos y las algas de un cuarto de la superficie lisa de cada loseta según Perkol-Finkel y col. (2006). Se muestreó un cuarto adicional de cada superficie
25 lisa para el análisis del contenido de clorofila según Greenberg (1995).
El análisis de datos incluyó ensayos PERMONOVA unilateral de una variable, basados en el índice de similitud de distancias euclidianas, para biomasa orgánica e inorgánica, concentración de clorofila y porcentaje de cobertura viva, así como análisis de datos de múltiples variables de grupos de taxones por ensayos PERMANOVA aparamétricos basados en el índice de similitud de Bray-Curtis. Además, se aplicaron ensayos post-hoc por parejas
30 cuando fue relevante. Se usaron diagramas 2D-MDS para representar de forma gráfica las tendencias en los datos de múltiples variables. Todos los análisis se realizaron usando los programas PRIMER/PERMANOVA (Anderson y col., 2008, Clarke y Gorley, 2006). Los datos en las figuras se presentan como el promedio ±ET salvo que se mencione de diferente forma.
35 Para cuantificar las capacidades de potenciación de incorporación de las cinco diferentes matrices de hormigón en comparación con las de cemento Portland convencional, se realizaron experimentos de laboratorio in vitro. Estos incluían dos especies de coral blando; Heteroxenia fuscescens y Dendronephthya hemprichi, así como larvas de briozoo que se alimenta por filtración Bugula neritina. La recogida de larvas de H. fuscescens y B. neritina se realizó por incubación de colonias en el laboratorio, mientras que para D. hemprichi se prepararon fragmentos diminutos
40 manualmente a partir de colonias adultas usando clasificadores. Se controló la colonización de larvas/fragmentos 1 semana después del inicio del experimento, excepto para la colonización de H. fuscescens que se examinó 1 mes después del inicio del experimento debido a su proceso más lento de colonización. Durante el control, se determinó la cantidad de larvas/fragmentos sedimentados en cada cubo.
Las unidades de ensayo consistían de cubos de hormigón de 2,5 x 2,5 x 2,5 cm correspondientes a las cinco
45 matrices ensayadas en el campo (MI-M5) en comparación con controles de cemento Portland. Durante cada experimento, se ensayaron 5-8 réplicas de cada matriz (dependiendo de la disponibilidad de larvas). Para esto, cada cubo de hormigón se colocó en un vaso de precipitados individual de 250 ml lleno de agua de mar corriente y se dejó durante 3 días para su aclimatación. Después de la aclimatación, se añadió una cantidad uniforme de larvas a cada vaso de precipitados. La cantidad de larvas introducidas a cada vaso de precipitados varió de acuerdo con la
50 disponibilidad de larvas, variando de un mínimo de 5 por vaso de precipitados hasta un máximo de 40 larvas por vaso de precipitados. La temperatura del agua se mantuvo similar a la de las condiciones naturales. Los vasos de precipitados se colocaron completamente sumergidos en una tabla de agua corriente con buena circulación. Si se examinaban larvas móviles, los vasos de precipitados se sumergían en el sistema de agua corriente hasta ¾ de su altura hasta la colonización de las larvas iniciales (típicamente, 24-72 horas) después de lo cual se sumergieron
55 completamente.
El análisis de los datos incluyó ensayos PERMONOVA unidireccionales de una variable, basados en el índice de similitud de distancias euclidianas, y ensayos post-hoc por pares, usando los programas PRIMER/PERMANOVA (Anderson y col., 2008, Clarke y Gorley, 2006).
7
Las matrices ensayadas en este estudio variaban en la cantidad de cemento Portland en la mezcla, el uso de otros cementos, el contenido de aire y la mezcladora de adición. Se incluyeron microfibras de 25 mm de prevención de grietas en todas las matrices. Las matrices se mezclaron por una mezcladora horizontal de 80 litros y se moldearon
5 en formas de 10 x 60 x 160 cm con revestimientos de plástico. Después de 28 días, las planchas de hormigón se cortaron con una sierra de mármol de chorro de agua en losetas experimentales de 15 x 15 cm. Como solamente se aplicaba el revestimiento a una de la cara inferior de la forma, cada loseta tenía una cara con textura y una lisa.
Todas las matrices se ensayaron de acuerdo con normas ASTM o EN incluyendo: resistencia compresión -ASTM C 39 (AASHTO T 22), resistencia a penetración por presión de agua -EN 12390-8, resistencia a penetración por iones 10 cloruro -ASTM C1202-12. Los valores de pH del hormigón se comprobaron recogiendo 5 gr de residuo perforado a partir de orificios perforados de 0,5 cm de profundidad en la superficie de hormigón y mezclándolos en 50 ml de agua destilada (pH 7). Todas las matrices de hormigón ensayadas (MI-M5) mostraron valores de pH inferiores que la mezcla basada en cemento Portland (9-10,5 en comparación con 12,5-13,5 respectivamente, Tabla 1). En términos de resistencia a compresión, MI-M5 tuvieron resistencia similar o mayor que la de la mezcla basada en cemento
15 Portland, alcanzando los valores como mucho 39,3 MPa (M2). Todas las matrices excepto M4 y M5, que tenían un alto contenido de aire, presentaban mayor resistencia a la penetración de iones cloruro (<1500 culombios) que la mezcla basada en cemento Portland con densidad similar (2300-2500 kg/m3), y resistencia a penetración por presión de agua (<20 mm).
Tabla 1: Parámetros físicos de las diversas matrices de hormigón innovadoras en comparación con cemento 20 Portland.
- Matriz
- Relación agua/ cemento pH Resistencia promedio a lacompresión por iones (MPa) Peso (kg/m3) Resistencia a la penetración porpresión de agua(mm) Resistencia a la penetración porcloruro (culombios)
- M1
- 0,3 9-10 32,5 2300-2500 <20 <1500
- M2
- 0,3 9,5-10,5 48,5 2300-2500 <20 <1000
- M3
- 0,3 9,5-10,5 39,3 2300-2500 <20 <1000
- M4
- 0,3 9-10 31,1 1400-1800 NR NR
- M5
- 0,3 9-10 31,9 1400-1800 NR NR
- Portland
- 0,30 -0,25 12,5-13,5 32 2300-2500 <20 >2000
- NR-No relevante para hormigón de alto contenido de aire
Resultados
Los análisis estadísticos de los datos de comunidad revelaron diferencias significativas en los grupos de especies
25 entre sitios (Mar Rojo frente a Mar Mediterráneo: df=1, pseudo f=177,47, P=0,001), los meses después del despliegue (3, 6, 12 m: df=2, pseudo f=83,38, P=0,001), los tipos de matriz (M1-M5, Portland: df=5, pseudo f=2,45, P=0,001) y la cara de la loseta (lisa frente a con textura: df=1, pseudo f=11,12, P=0,001). La Fig. 1 ilustra la diferente estructura de comunidad de las estaciones del Mar Rojo y Mar Mediterráneo, así como claros patrones temporales que indican que la estructura de comunidad gana similitud con el tiempo, como se indica por la proximidad relativa
30 de grupos 12 meses después del despliegue (sombras oscuras) en comparación con los de 3 y 6 meses (sombras más claras) que aparecen más alejados en el MDS.
La composición de taxones incorporados a las diferentes matrices de hormigón también varió entre los sitios y con el tiempo (término de interacción significativa sitio x matriz: df=5, pseudo f=1,50, P=0,049 y mes x matriz: df=10, pseudo f=1,37, P=0,037). Sin embargo, la tendencia general indicaba que las losetas compuestas de cemento
35 Portland se agrupaban por separado desde las otras matrices de hormigón (MI-5), como se observa en la Fig. 2. El nivel de similitud entre las diversas matrices varió con el tiempo y entre los sitios.
Los análisis del porcentaje de cobertura viva (Fig. 3) apoyaba los resultados de los análisis de datos de comunidad de múltiples variables, revelando que la cobertura viva difería entre los sitios (df=1, pseudo f=6,11, P=0.009), los meses (df=2, pseudo f=133,36, P=0,001), la cara de la loseta (df=1, pseudo f=20,58, P=0.001) y las matrices (df=5, 40 pseudo f=27,57, P=0,001). La tendencia en el porcentaje de cobertura de las diversas matrices era constante entre los sitios, pero cambiaba con el tiempo y en relación a la cara de la loseta (términos significativos de interacción: mes x matriz, df=10, pseudo f=4,64, P=0,001 y mes x cara, df=2, pseudo f=9,00, P=0,001). Las comparaciones por pares muestran que tan pronto como 3 meses después del despliegue, las losetas de cemento Portland tenían menor cobertura viva en comparación con las otras matrices, principalmente, MI, M4 y M5 que reclutaban el mayor
45 porcentaje de cobertura viva.
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Cuando se examinan las tendencias relacionadas con la complejidad de la superficie de la loseta, es evidente que aunque en la estación del Mar Rojo las diferencias entre la cara lisa y con textura de la baldosa eran constantes con el tiempo, en la estación del Mar Mediterráneo, la diferencia entre las caras de la loseta era inicialmente significativa (3M después del despliegue), aunque no significativas 6 y 12 meses después del despliegue. Estos resultados están
5 de acuerdo con los análisis de datos de comunidad de múltiples variables del Mar Rojo, que indican claramente que la textura superficial compleja global, en oposición a la lisa, incorporaba un grupo béntico más diverso y denso (Fig. 4).
Las diferencias en las capacidades de incorporación de las diversas matrices de hormigón innovadoras en comparación con las losetas de cemento Portland eran muy evidentes a partir de los análisis de biomasa realizados 10 6 y 12 meses después del despliegue, específicamente, en relación con el material inorgánico (Fig. 5). Aunque la cantidad de materia orgánica incorporada en las losetas difería entre los sitios (df=1, pseudo f=4,93, P=0,029), no apareció tendencia significativa en relación a los meses después del despliegue o entre las diversas matrices. No obstante, las concentraciones de materia inorgánica diferían significativamente entre los sitios (df=1, pseudo f=83,53, P=0,001), meses (df=1, pseudo f=11,16, P=0,002) y matrices (df=5, pseudo f=7,28, P=0,001). Esta
15 diferencia cambiaba con el tiempo entre los sitios (interacción significativa sitio x mes: df=1, pseudo f=4,23, P=0,039), y las comparaciones por pares indicaron que en la estación del Mar Rojo M5 y M4 eran las que dirigían las diferencias entre las matrices, con los valores más altos en comparación con otras matrices, mientras que en la estación del Mar Mediterráneo MI, M4 y M5 tenían los mayores valores sobre materia inorgánica en comparación con el resto de las matrices.
20 La cantidad de material inorgánico reclutado en las losetas de ensayo en el Mar Mediterráneo era coherentemente mayor que la reclutada en el Mar Rojo. No obstante, los valores eran generalmente altos en ambas estaciones con un promedio de 41.51625,63 gr/m-2 en la estación del Mar Mediterráneo y de 201.14610,28 en la estación del Mar Rojo. Un año después de la inmersión, matrices similares mostraron la mayor acumulación de material inorgánico en ambas estaciones del Mar Rojo y Mar Mediterráneo, estando MI, M4 y M5 con valores en el Mar Mediterráneo de
25 5.476.107,58, 65.951.665,844 y 55.395.694,94 gr/m2 respectivamente y de 27.231.633,84, 24.979.637,00 y 25.703.639,34 gr/m2 en el Mar Rojo.
El contenido de clorofila a también difería significativamente entre los sitios (df=1, pseudo f=52,62, P=0,001), meses después del despliegue (df=1, pseudo f=9,09, P=0,001) y las matrices (df=5, pseudo f=4,86, P=0,001). Aunque la mayoría de los casos las concentraciones de clorofila a variaban entre meses y matrices en las dos estaciones de
30 estudio (término de interacción significativa sitio x meses x matriz: df=5, pseudo f=2,84, P=0,015), como puede observarse en la Fig. 6, una tendencia fue constante en ambas estaciones, donde las concentraciones de clorofila a en losetas MI eran significativamente mayores que las de losetas de cemento Portland (P < 0,05 en ambas estaciones).
La incorporación de coral, que se encontró solamente en el entorno tropical del Mar Rojo, era generalmente baja
35 durante los primeros 6 meses después del despliegue y enormemente creciente en el último control (Fig. 7). Después de un año, se identificaron diferencias significativas en las capacidades de incorporación entre las diversas matrices, resultante principalmente de los resultados de la incorporación de coral blando (df=5, pseudo f=3,74 P=0,015). Los análisis por pares de los datos de coral blando muestran que M5 y MI tenían una incorporación significativamente mayor que losetas de cemento Portland, independientemente de la cara colocada.
40 Experimentos de laboratorio
La adhesión natural de fragmentos de D. hemprichifragments fue significativamente diferente entre las diversas matrices (Fig. 8A, df=5, pseudo f=2,75 P=0,042), donde el cemento Portland tenía las tasas de adhesión más bajas (adhesión del 16±9,42 %), mientras que M1 y M5 tenían las tasas mayores de adhesión (44±11,86 % y 36±6,69 % respectivamente). También fue evidente una tendencia similar, aunque no significativa a partir del experimento con 45 larvas de H. fuscescens (Fig. 8C). Aunque el cemento Portland mostró el promedio más bajo que las matrices ecológicamente activas, debido a la alta variabilidad de los resultados, esto no estuvo apoyado por el ensayo estadístico. No obstante, las comparaciones por pares encontraron una diferencia marginalmente significativa entre cemento M5 y cemento Portland (P=0,067). El experimento con larvas de B. neritina, sin embargo, produjo resultados significativos (Fig. 8C, df=4, pseudo f=4,05 P=0,009), donde el cemento Portland tuvo las tasas más bajas
50 de colonización (adhesión del 2,35±1,25 %), mientras que M1 las tasas mayores de incorporación (14,14±7,20 %). Obsérvese que los resultados de M5 no se incluyeron en esta ocasión ya que debido a un error técnico no se incluyó M5 en el experimento.
Con las predicciones globales de crecimiento aumentado en poblaciones costeras, las tendencias del
55 endurecimiento de la costa y la expansión de las ciudades costeras, se espera que aumente adicionalmente. Además, a la luz de los procesos relacionados con el cambio climático global, las líneas de costa están encarando amenazas crecientes relacionadas con la elevación del nivel del mar y el aumento de tormentas (Dugan y col., 2011 y referencias en el mismo), que pide una revisión inmediata de las actuales medidas de defensa costeras. Este trabajo examina un enfoque innovador de aplicar ligeras modificaciones a la composición y a la textura superficial del
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