بهسازی چسبندگی ماسه‌های سیلت‌دار به روش زیست میکروبی (مطالعه موردی ماسه‌های سیلت‌دار فیروزکوه ایران)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

2 استاد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی کشاورزی، پژوهشکده بیوتکنولوژی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

10.22034/tri.2021.119319

چکیده

این روزها با توجه به گسترش خطوط حمل و نقل زمینی، احداث راه­ها بر روی خاک­های مسئله­دار امری اجتناب ناپذیر می باشد. معمولاً مهمترین مشخصه خاک­های مسئله دار، مقاومت پایین و تراکم پذیری بالای آنها می­باشد. لذا مشخصات مکانیکی این
خاک­ها لازم است از طریق بهسازی زمین تقویت گردد. از اینرو در سالهای اخیر،  تلاش بسیاری محققان بر ارائه روش­هایی مبتنی بر رعایت مسائل زیست محیطی بوده است. یکی از روش­هایی که اخیراً در بهسازی خاک­های ماسه­ای مورد توجه قرار گرفته است، رسوب کلسیت به روش زیست میکروبی (MICp ) است. در این مقاله بمنظور تسریع در رسوب کلسیت از یکی از گونه­های باکتری باسیلوس، تحت عنوان باسیلوس پاستوری در نقش کاتالیزور این واکنش شیمیایی استفاده شده است. در یک برنامه آزمایشگاهی با انجام 5 آزمایش برش مستقیم، اثر زمان بر بهبود چسبندگی خاک ماسه­ای سیلت­دار نمونه­گیری شده از منطقه فیروزکوه ایران بررسی گردید. مدت­ زمان­های در نظر گرفته شده برای آزمایش­ها؛ گذشت 3، 7، 14، 21 و 28 روز از عملیات بهسازی زیست میکروبی بوده است. نتایج این تحقیقات نشان داد که بطور کلی با گذشت زمان، چسبندگی خاک­های ماسه­ای سیلت­دار بهسازی شده به روش زیست میکروبی افزایش می­یابد که این موضوع نشان از نقش رشد سلول­های باکتری و تسریع در پیشرفت فرایند­MICp و رسوب کریستال­های کلسیت در منافذ خاک است. نتایج حاصل از تصاویر SEM نیز گواه موارد مذکور است. با این وجود نرخ رشد باکتری­ها تابع میزان رشد بهینه آنها یا حجم منافذ باقیمانده خاک می­تواند کاهنده یا افزاینده باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Improvement of Cohesion of Silty Sands by Biological Microbiology (Case Study: Firouzkooh Silty Sands, Iran)

نویسندگان [English]

  • Ehsan Pakniyat 1
  • Seyed Morteza Marandi 2
  • Ali Niazi 3
1 Ph.D. Student, Civil Engineering Department, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
2 Professor, Department of Civil Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
3 Faculty of Agriculture Engineering, Biotechnology School and Material Engineering, School of Shiraz University, Shiraz, Iran.
چکیده [English]

Nowadays, construction on problematic soils is inevitable owing to the growing scarcity of land worldwide. Problematic soils are commonly characterized by low strength and high compressibility. Thus, the mechanical properties of these soils should be improved. In recent years the researchers have attempted to present approaches based on environmental measurements. One of the methods recently considered in the improvement of sandy soils, is Microbial-Induced Calcite Precipitation (MICP). In order to accelerate the MICP process, it is possible to improve the soil structure cementation and soil engineering properties by creating Urea microorganism. In order to do this, a solution containing bacterial cell and cementation is required which includes urea and one of the Calcium ion sources such as CaSO4.2H2O, CaCl2. 2H2O, CaCl2. In this paper, in order to accelerate the calcite precipitation, a Bacillus bacterium called Bacillus Pasteurii is used as catalyzer of this chemical reaction. In order to investigate the effectiveness of time factor on improving cohesion of silty sand from Firouzkooh city, Iran, an experimental study consisting of 5 direct shear tests were performed. The time taken for the experiments was 3, 7, 14, 21 and 28 days from MICP. The results of this research demonstrated that, over time, cohesion of improved silty sandy soils increased by bio-microbial method. This indicates the role of the growth of bacterial cells and accelerates the progress of the MICP process and the precipitation of calcite crystals in the pores. The results from scanning electron microscope (SEM) confirmed this finding. SEM images indicated that the rate of calcite precipitation increases with time. However, the rate of growth of bacteria depends on their amount of optimal growth or volume of residual pores of the soil that can be decreasing or increasing.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bacillus Pasteurii
  • Cohesion
  • Microbial-Induced Calcite Precipitation (MICP)
  • Soil Improvement

مراجع

-­ASTM D 3080-03, Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions, American Society for Testing and Materials.
 
-­Castanier S, Le, Me´tayer-Levrel G & Perthuisot J., (1999), Cacarbonates precipitation and limestone genesis – the microbiogeologist point of view. Sediment. Geol. 126, pp.9–23.
 
-­Dejong, J. T., Mortensen, B. M., Martinez, B. C., and Nelson, D. C., (2010), “Bio-mediated soil improvement.” Ecol. Eng., Vol. 36, No. 2, pp. 197-210.
-­Hammes, F., Boon, N., de Villiers, J., Verstraete, W., and Siciliano, S. D., (2003), “Strain specific ureolytic microbial calcium carbonate precipitation” Appl. Environ. Microbiol, Vol. 69, No. 8, pp. 4901- 4909.
 
- Hammes, F., Verstraete,W., )2002(, “Key roles of pH and calcium metabolism in microbial carbonate precipitation­” Rev. Environ. Sci. Biotechnol. 1, pp.3–7.
 
- Le Metayer-Levrel ,G., Castanier, S., Orial,
 G., Loubiere, J.F., Perthuisot, J.P.,) 1999(, “Applications of bacterial carbonatogenesis to the protection and regeneration of limestones in buildings and historic patrimony”, Sediment. Geol. 126, pp.25-34.
- M.V. Seshagiri Rao, V. Srinivasa Reddy, M. Hafsa, P. Veena and P. Anusha, (2013), “Bioengineered Concrete - A Sustainable Self- Healing Construction Material,” Research Journal of Engineering Sciences ISSN 2278 – 9472 Vol. 2(6), pp.45-51.
 
-­Mitchell, J. K. and Santamarina, J. C., (2005), “Biological considerations in geotechnical engineering.” Journal Geotech. Geoenviron. Eng., Vol. 131, No. 10,
pp. 1222 1233.
 
-­Mobley HLY & Hausinger RP, (1989), “Microbial ureases: significance, regulation and molecular characterization”, Microb. Rev. 53, pp.85–108.
 
-­Noraisyah Nordin, Leong Sing Wong, Praveen Regunathan, (2015), “A Review On The Compressive Strength Of Biomineralized Mortar”, The 3rd National Graduate Conference (NatGrad2015), University Tenaga Nasional Putrajaya Campus.
 
-­Ramachandran, S.K., Ramakrishnan, V., Bang, S.S., (2001), “Remediation of concrete using micro-organisms. ACI Mater. J., 98, pp.3–9.
 
-­Stocks-Fischer S, Galinat JK & Bang SS (1999), “Microbiological precipitation of CaCO3, Soil Biol, Biochem”, 31,
pp.1563–1571.
 
-­Udert KM, Larsen TA & Gujer W., (2003), “Estimating the precipitation potential in urine-collecting systems”, Water Res. 37, pp.2667–2677.
 
-­Willem De Muynck, Kathelijn Cox, Nele De Belie, Willy Verstraete, (2008), “Bacterial carbonate precipitation as an alternative surface treatment for concrete,” Construction and Building Materials 22, pp.875–885.
 
-Dejong, J. T., Fritzges, M. B., and Nüsslein, K., (2006), “Microbially induced cementation to control sand response to undrained shear.” J. Geotech Geoenviron, Eng., Vol. 132,
No. 11, pp. 1381-1392.
-Ho, M. H., and Chan, C. M., (2011), “Some mechanical properties of cement stabilized malaysian soft clay” World cad. Sci. Eng. Technol, Vol. 74, No., pp. 24-31.
 
-Huat, B. B. K., (2006), “Deformation and shear strength characteristics of some tropical peat and organic soils” Pertanika J. Sci. Technol., Vol. 14, Nos. 1-2, pp. 61-74.
 
-Karol, R. H., (2003), “Chemical grouting and soil stabilization”, M. Dekker, New York.
 
-Kazemian, S., Huat, B. B. K., Prasad, A., and Barghchi, M., (2011), “A state of art review of peat geotechnical engineering perspective.” Int. J. Phys. Sci., Vol. 6, No. 8,
pp. 1974-1981.
-­Okwadha, G. D. and Li, J., (2010), “Optimum conditions for microbial carbonate precipitation.” Chemosphere, Vol. 81, No. 9, pp. 1143- 1148.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-Pichan SP. and O’Kelly BC., (2014), “Stimulated decomposition in peat for engineering applications”, Proceedings of the ICE – Ground Improvement 166(3),
pp.168–176.
-­Shahrokhi-Shahraki, R., Zomorodian, M., Niazi, A., O’Kelly, B., (2014), “Improving sand with microbial-induced carbonate precipitation”.
-­Whiffin VS (2004), “Microbial CaCO3 Precipitation for the Production of Biocement”, PhD thesis, Murdoch University, Perth, Australia.
-­Whiffin, V. S., van Paassen, L. A., and Harkes, M. P., (2007), “Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique” Geo microbial, Journal, Vol. 24, No. 5, pp. 417-423.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار