بخشی از مقاله
خلاصه
مناطق ساحلی به دلیل دارا بودن خاک سست، قادر به تامین خصوصیات مکانیکی مورد نیاز مهندسین به منظور ساخت و ساز نمیباشند. از این رو بهسازی این مناطق قبل از احداث بنا امری ضروری میباشد. روش-های معمول بهسازی خاک علاوه بر صرف هزینه و انرژی مکانیکی بالا آلودگی زیست محیطی را همراه داشته و موجب آلودگی ساحل و دریا شده و در نتیجه حیات موجودات زنده را دچار اختلال میکند بنابراین یافتن روشی سازگار با محیط زیست امری ضروری به نظر میرسد.
تثبیت بیولوژیکی از جمله روشهای سازگار با محیط زیست بوده که با ایجاد اتصال بین ذرات خاک موجب بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی خاک میشود. در این تحقیق از باکتری اسپورسارسینا پاستوری جهت تثبیت ماسه ساحل بابلسر استفاده و آزمایش مقاومت فشاری محصور نشده جهت بررسی مقاومت خاک انجام شد. نتایج آزمایش نشان داد که در اثر واکنشهای بیولوژیکی، رسوب کلسیم کربنات تشکیل شده و مقاومت فشاری خاک با افزایش زمان افزایش مییابد به طوری که 28 روز پس از تزریق، مقاومت خاک از مقدار 0 به 238 کیلو پاسکال افزایش یافت.
.1 مقدمه
رشد جمعیت و به تبع آن زیر ساختهای شهری به طور قابل توجهی در کشورهای مختلف در طول سالهای اخیر افزایش یافته است.[1] در بسیاری از این مناطق، خاکها خصوصیت مکانیکی مورد نیاز مهندسین را به منظور ساخت و ساز تامین نمیکنند و نیازمند بهسازی میباشند.
بهسازی خاک عبارت است از روشهای مختلف تغییر خصوصیات خاک که منجر به افزایش مقاومت و کاهش تغییرات حجمی میشود. اکثر روشهای بهسازی نیازمند صرف هزینه و انرژی قابلتوجهی جهت تولید مواد، نصب و راهاندازی بوده و آلودگیهای زیستمحیطی را به همراه دارد
استفاده از قابلیتهای میکروبی در ژئوتکنیک یک شاخه جدید از مهندسی ژئوتکنیک است که در آن فرآیندهای بیولوژیکی منجر به بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی خاک میشود. از آن جایی که این روش سازگار با محیط زیست و قابل اجرا در گونههای مختلف میباشد، به یک روش کارآمد در بسیاری از پروژهها تبدیل شده است.
زیست سیمانی 1 یکی از تکنیکهای تقویت خاک است که شامل رسوب کربنات به کمک باکتری میباشد . - MICP2 - این روش شامل دو مرحله اصلی میباشد، مرحله اول، هیدرولیز اوره که وابستگی زیادی به مقدار آنزیم اورهآز و اوره موجود داشته و مرحله دوم ترسیب کلسیت که به نسبت یون کلسیم موجود بستگی دارد.[6] در نتیجه تزریق سوسپانیون باکتری و محلول سیمانتاسیون - شامل اوره و کلسیم کلرید - ، در ذرات خاک رسوب کربنات کلسیم تولید شده و خواص خاک بهبود مییابد.
در میان باکتریهای با فرآیندهای متابولیکی مختلف در این روش، اکثر مطالعات انجام شده بر روی باکتریهای هیدرولیز کننده اوره متمرکز شده است.[8][7] از جمله پارامترهای موثر در این روش میتوان به تعداد باکتریها، نوع باکتری، فاز رشد، محیط کشت، دما، غلظت اوره و کلسیم و pH محیط اشاره کرد.
مطالعات زیادی جهت بررسی اثر MICP در بهسازی خاک انجام گرفت. درتحقیقی که توسط فرزین کلانتری و همکاران در سال 2015 انجام شد، عملکرد تثبیت بیولوژیکی در بهبود ماسه بررسی شد. در این تحقیق مقدار مقاومت فشاری محدود نشده تا 400 کیلوپاسکال افزایش یافت.
ژان ژائو3 و همکاران در سال 2014 فاکتورهای تاثیر گذار بر خصوصیات مهندسی خاک تثبیت شده به روش MICP پرداختند و دریافتند عواملی مانند نوع ماسه، زمان و شرایط عمل-آوری، غلظت باکتری و محلول سیمانتاسیون - کلسیم کلرید و اوره - تاثیر چشمگیری در روند رسوبدهی و در نتیجه افزایش مقاومت خواهد داشت.
امیررضا مدرس نیا و همکاران در سال 2012 تاثیر روش تزریق در افزایش مقاومت تک محوره را مورد بررسی قرار دادند. بر اساس آزمایشات انجام شده مشاهده شد که در مدت 20 روز نمونههای تثبیت شده 2/2 برابر نمونه شاهد افزایش مقاومت داشتند.
پائولوجی وندا4 و همکاران در سال 2014 به بررسی عملکرد دو باکتری در بهبود رفتار ماسه پرداختند، در این پژوهش هر دو گونه باکتری مقاومت بیشتری با افزایش زمان عملآوری نتیجه دادند.[12] بهادری5 و همکاران در سال 2016 رسوب ایجاد شده توسط باکتری اسپورسارسینا پاستوری6 را مورد بررسی قرار دادند. طی آزمایشات فرضی و شبیهسازی میله اسفنجی به شبکه متخلخل خاک نمونهها پس از تثبیت بارگذاری شد و همانند جسمی سخت پس از اعمال بار، دچار تغییر شکل نشد.
.2 مواد و روشها
.1-2 خاک مورد استفاده
خاک مورد استفاده در این تحقیق از ساحل شهرستان بابلسر تهیه گردید. آزمایش دانهبندی طبق استاندارد [14] ASTM D 422-87 انجام شد و منحنی دانهبندی در شکل 1 نشان داده شده است. این ماسه دارای چگالی نسبی 2/6 بوده و براساس استاندارد USCS در گروه خاک ماسهای بد دانهبندی شده - SP - طبقه بندی میگردد. مشخصات ماسه مورد استفاده در جدول 1 آورده شده است.
جدول -1 مشخصات خاک مورد استفاده
شکل -1 نمودار دانهبندی خاک مورد استفاده
.2-2 میکروارگانیسم مورد استفاده
در این پژوهش از میکرو ارگانیسم با نام علمی اسپوروسارسینا پاستوری به شماره PTCC-1645 استفاده شد. این باکتری از گونه گرم مثبت بوده و در محیط های قلیایی قادر به هیدرولیز اوره میباشد.[15]
.3-2 تهیه نمونه
آزمایش تک محوری به عنوان معیار سنجش مقاومت فشاری خاک و بر اساس استاندارد ASTM D 2166-87 انجام شد .[16] قالبهای از جنس پلاستیک-شیشه1 با قطر داخلی 4/6 سانتیمتر و ارتفاع 16 سانتیمتر به عنوان پایلوت آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گرفت. درون قالبها با ماسه ساحلی با Dr 50% و Wopt 16% پر شد. به منظور بررسی اثر زمان بر روی مقاومت نمونهها، نمونههایی با شکل یکسان آماده و به صورت مشابه تزریق شد. فاصله زمانی باز کردن ستونها 3، 7، 14، 21 و 28 روز انتخاب گردید.
