Inżynieria lądowa i transport

Dyscyplina naukowa: Inżynieria lądowa i transport

Temat: Badania eksperymentalne mikrobiologicznie indukowanego wzmacniania gruntów słabych 

Topic: Experimental investigations of microbiologically induced improvement of weak soils

Promotor: dr hab. inż. Małgorzata FRANUS

Email: m.franus@pollub.pl

Opis

Celem badań jest ocena warunków aplikacji bakterii wspomagających wytrącanie kalcytu i/lub dolomitu w procesach wzmacniania gruntów słabych (poprawy nośności, stateczności skarp, przeciwdziałania erozji). Na potrzeby zwiększenia skuteczności metody zostaną: (I) wyselekcjonowane szczepy bakterii o wysokim potencjale metabolicznym względem CaCO3 i/lub CaMg(CO3)2 oraz dobrane źródła substratów (węgla nieorganicznego i wapnia) i biogenów potrzebne do zajścia reakcji, (II) opracowane warunki oraz metody implementacji biocementu do gruntu gwarantujące równomierną cementacją, (III) opracowana metoda ograniczenia emisji jonów amonowych do środowiska gruntowo-wodnego. Mieszaniny mikroorganizmów, substratów i biogenów będą badane pod kątem potencjału produkcji CaCO3 i/lub CaMg(CO3)2, częstotliwości ich iniekcji do podłoża, kinetyki zachodzenia procesu oraz wpływu warunków zewnętrznych (np. obecności zanieczyszczeń na terenach zurbanizowanych) na zachodzące procesy biocementacji. Efektywność iniekcji biocementów w postaci zawiesiny zostanie określona z wykorzystaniem metod rentgenowskiej analizy fazowej (XRD) i skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz oznaczeń porozymetrycznych (mikrotomografia rentgenowska i porozymetria rtęciowa). Ponadto, proces postępowania cementacji w próbce gruntu będzie obserwowany poprzez wykonanie badań w aparacie trójosiowego ściskania wyposażonym w przetwornik piezoelektryczny typu bender. Jednocześnie przed i po procesie cementacji zostaną określone właściwości fizyczne i mechaniczne badanych gruntów zgodnie z obowiązującymi normami dla gruntów (Eurokod 7) między innymi parametrów wytrzymałościowych gruntu na postawie testów jednoosiowego i trójosiowego ciskania, parametrów odkształceniowych na podstawie badań edometrycznych oraz parametrów filtracyjnych gruntów. Ponadto, w celu opracowania technologii iniekcji biocementów zostaną wykonane modelowe badania laboratoryjne umożliwiające obserwację przemieszczania się zawiesiny w ośrodku porowatym. Realizacja podjętych badań pozwoli na opracowanie technologii wytwarzania i iniekcji biocementów wykorzystywanych do stymulacji procesów wzmacniania gruntów słabych. 

Słowa kluczowe: Grunty słabonośne, biocementacja, bakterie, wzmacnianie gruntu

Description:

The aim of the research is to assess the implementation conditions of bacteria inducing the precipitation of calcite and/or dolomite in the processes of weak soils improvement (e.g. increase of bearing capacity and slope stability, counteracting erosion). To increase the effectiveness of the method, the following studies will be performed: (I) selection of bacterial strains with a high metabolic potential for CaCO3 and or CaMg(CO3)2, as well as substrate sources (inorganic carbon and calcium) and nutrients needed for the reaction, (III) development of conditions and methods for the implementation of biocement into the soil guaranteeing uniform cementation, (IV) development of a method to reduce the emission of ammonium ions. Mixtures of microorganisms, substrates and nutrients will be tested in terms of the production potential of CaCO3 and/or CaMg(CO3)2, the frequency of their injection into the subsoil, the kinetics of the process and the impact of external conditions (e.g. presence of pollutants in urban areas) on the biocementation processes. The effectiveness of the biocement injection in the form of a suspension will be determined using the methods of X-ray phase analysis (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and porosimetry method (X-ray microtomography and mercury porosimetry). In addition, the cementation process in the soil sample will be monitored by performing tests in a triaxial compression apparatus equipped with a bender piezoelectric transducer. At the same time, before and after the cementation process, the physical and mechanical properties of the tested soils will be determined in accordance with the applicable standards for soils (Eurocode 7), including the strength parameters of the soil on the basis of uniaxial and triaxial tests, deformation parameters based on oedometric tests and soil permeability. In addition, in order to develop the technology of biocement injection, model laboratory tests will be performed to enable the observation of the movement of the suspension in the porous medium. The implementation of the undertaken research will allow for the development of a technology for the production and injection of biocements used to stimulate the processes of weak soils improvement. 

Keywords: Loose sandy soil, biocementation, bacteria, soil strengthening