بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به اینکه حدود 60 درصد کشورها با دریا در ارتباط هستند و بیش از نیمی از جمعیت جهان در یکصد کیلومتری دریاها زندگی می کنند. گسترش زیر ساختهای شهری در این مناطق برای تامین نیاز مسکن جامعه لازم بوده و این مسأله به طور مستقیم با دسترسی به خاک مناسب محدود میگردد. مناطق ساحلی دارای خاک سست بوده و به دلیل مشکلات ناشی از آبشستگی امکان اجرای سازه بر روی این خاکها مقدور نمیباشد. لذا بهسازی خاک این مناطق ضرورت می یابد.
روشهای مرسوم بهسازی پرهزینه و انرژی بر بوده و آلودگیهای زیست محیطی را به همراه دارد. تثبیت بیولوژیکی خاک، روشی نوین و دوستدار طبیعت بوده که با ایجاد پیوند بین ذرات خاک موجب بهبود خصوصیات خاک میگردد. در این تحقیق از باکتری اسپورسارسینا پاستوری جهت تثبیت ماسه ساحلی استفاده شد.آزمایش نفوذپذیری با بار آبی ثابت جهت بررسی تغییرات ضریب نفوذپذیری در طول 28 روز عملآوری انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش زمان عمل آوری ضریب نفوذپذیری کاهش یافته و از مقدار 0/016 در نمونه شاهد پس از 28 روز به مقدار 0/009 رسید.
.1 مقدمه
با افزایش روز افزون جمعیت و توسعه صنایع و مشکل کمبود زمین مناسب جهت احداث سازههای مورد نیاز موجب شده است تا انسان به استفاده از زمینهای با کیفیت مهندسی پایینتر روی آورد. اما برای احداث یک سازه مناسب باید به نوعی کیفیت خاک نامناسب از لحاظ فراسنجهای مهندسی ارتقاء داده شود تا در اثر نیروهای وارده عملکرد مناسبی داشته باشد.
از این رو مهندسین با استفاده از روشهای مختلف بهسازی شامل سه گروه کلی تراکم، تثبیت و تسلیح به بهبود پارامترهای مقاومتی خاک میپردازند.[2] بروز برخی مشکلات زیست محیطی نظیرتاثیر بر روی سفرههای آب زیرزمینی، تولید بسیار بالای گاز دی اکسیدو سمی بودن برخی روشهای بهسازی مانند روشهای شیمیایی، ونیز وجود مشکلاتی از قبیل انرژی مصرفی بالا، ملزومات دسترسی به محل و گران بودن تجهیزات مورد استفاده محققین را به سمت روشهای جدید که بتواند بخشی از مشکلات عنوان شده را کاهش دهد سوق داده است.[3]
تثبیت خاک به روش میکروبی روشی نوین در مهندسی ژئوتکنیک می باشد که موجب بهبود پارامترهای مهندسی 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.
ترسیب میکروبی کلسیم کربنات - MICP - 1 یکی از تکنیکهای تقویت خاک است که با تولید رسوب کلسیم کربنات به کمک باکتری موجب سیمانتاسیون خاک میشود.[5] کلسیم کربنات یکی از معروف ترین و گسترده ترین مواد معدنی در جهان است که بیش از %4 پوسته زمین را در بر گرفته است
.ترسیب میکروبی شامل دو مرحله بوده، در مرحله اول اوره توسط باکتری به آمونیوم وکربنات تبدیل میشود و در مرحله بعد یون کربنات تولیدشده با یون کلسیم واکنش داده و به شکل بلورهای کربنات کلسیم رسوب میدهد.سپس کربنات کلسیم رسوبی در بین ذرات خاک با ایجاد پیوند، پارامترهای مهندسی خاک را بهبود می دهند.
مطالعات زیادی جهت بررسی اثر MICP در بهسازی خاک انجام گرفت. درتحقیقی که توسط فرزین کلانتری و همکاران در سال 2015 انجام شد، ماسه ساحلی با استفاده از روش تثبیت بیولوژیکی بهسازی و مقاومت فشاری محدود نشده معادل400 کیلوپاسکال حاصل شد.[4] ژان ژائو2 و همکاران در سال 2014 فاکتورهای تاثیر گذار بر خصوصیات مهندسی خاک تثبیت شده به روش MICP را مورد بررسی قرار دادند و دریافتند نوع خاک، زمان و شرایط عملآوری، غلظت باکتری و محلول سیمانتاسیون - کلسیم کلرید و اوره - عوامل تاثیرگذار در این روش بوده و با تغییر این پارامترها، میزان رسوب تولیدی تغییر مییابد.
همچنین وی سون3 و همکاران دریافتند عواملی چون نحوه توزیع باکتری و سازگاری باکتری با محیط وهمچنین pH محیط از جمله عوامل تاثیر گذار در میزان رسوب تولیدی میباشد.[9] پائولوجی وندا4 و همکاران در سال 2014 به بررسی عملکرد دو باکتری اسپوروسارسینا پاستوری و اینسولیسالسا در بهبود رفتار ماسه پرداختند، در این پژوهش هر دو گونه باکتری مقاومت فشاری و کششی بیشتری با افزایش زمان عملآوری نتیجه دادند.
.2 مواد و روشها
.1-2 خاک مورد استفاده
در این تحقیق از خاک ماسه ساحل شهرستان بابلسر جهت تهیه نمونه استفاده گردید. آزمایش دانهبندی طبق استاندارد [11] ASTM D 422انجام 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 به عنوان باکتری هیدرولیز کننده اوره بوده و یک باکتری گرم مثبت است و قادر به حیات در محیط های بسیار قلیایی می باشد.
.3-2 تهیه نمونه
در این پژوهش آزمایش نفوذپذیری با بار آبی ثابت بر اساس استاندارد[13] ASTM D 2434-87 انجام شد. جهت آماده سازی نمونهها قالبهای از جنس پلاستیک-شیشه با قطر داخلی 4/6 سانتیمتر و ارتفاع 16 سانتیمتر به عنوان پایلوت آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گرفت. سپس درون قالبها را با ماسه ساحلی با Dr =50% و Wopt =16% پر نموده و پس از آماده سازی نمونهها شیر آب - مربوط به مخزن آب با سطح ثابت - باز و آب در نمونه جریان یافت تا به حالت پایدار درآمده و حباب هوا کاملا خارج شود.
در مدت زمان t - محاسبه شده با زمان سنج - که در طول آن آب در نمونه جریان مییابد، مقادیر اختلاف بار آبی و درجه حرارت آب و میزان آب جمع شده در استوانه مدرج اندازه گیری شد. در نهایت به منظور بررسی اثر زمان بر میزان نفوذپذیری، نمونههایی با شکل یکسان آماده و به صورت مشابه عمل تزریق بر روی آنها انجام شد. فاصله زمانی باز کردن ستونها 3، 7، 14، 21 و 28 روز انتخاب گردید.
