بهسازي تورم يخ زدگي خاك با استفاده از روش بيولوژيك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

عمران

دكتري

تورم يخ زدگي يك پديده‌ مخرب ساختارهاي مهندسي در اقليم‌هاي سردسير است. اين پديده به دو صورت مي‌تواند براي ساختارهاي مهندسي مشكل ساز باشد؛ ايجاد تورم در خاك به دليل يخ‌زدگي و كاهش مقاومت خاك به دليل آب شدن يخ‌هاي ايجاد شده. تورم يخ‌زدگي پديده‌اي از نوع بالا زدگي براي خاكي است كه شرايط يخ زدگي براي آن مهيا شده و به دليل تشكيل لنزهاي يخ، متورم مي‌شود. پيشروي يخ‌زدگي از سطح تا عمقي است كه دماي يخ‌زدگي تا آن عمق نفوذ كرده است. اين پديده اغلب در خاك‌هاي ريزدانه يا خاك‌هاي درشت‌دانه حاوي خاك ريزدانه اتفاق مي‌افتد. روش‌هاي متداول جلوگيري يا كنترل اين پديده با دو چالش رو به رو مي‌باشند؛ استفاده از موادي كه توليد و استفاده از آن‌ها براي محيط زيست يا انسان مخاطره آميز است و غير عملي بودن كاربرد برخي از اين روش‌ها در عمق خاك. در اين پژوهش جهت ارائه روشي كه سازگاري بيشتري با محيط زيست داشته و ديگر معايب روش‌هاي متداول را نداشته باشد، از روش بهسازي بيولوژيك براي كاهش تورم يخ ‌زدگي خاك استفاده شده است. باكتري استفاده شده در اين تحقيق اسپوروسارسينا پاستوري است كه گونه‌اي اوره‌آز و بي‌خطر براي انسان است. در اين تحقيق جهت سنجش ميزان تورم يخ‌زدگي خاك دستگاهي آزمايشگاهي با مشخصاتي منحصر به فرد طراحي و ساخته شده و تاثير سه عامل ورودي در چهار سطح مورد بررسي قرار گرفته است. در اين تحقيق تاثير غلظت باكتري در سطوح 105، 106، 107 و 108 CFU/mL، غلظت محلول سيماني در سطوح 3/0، 6/0، 9/0 و 2/1 مول و زمان عمل‌آوري در چهار سطح 0، 7، 14 و 21 روز در خروجي آزمايش كه تورم يخ زدگي كل است، براي دو نمونه خاك مختلف بررسي شده است. براي طراحي آزمايش‌ها از روش طراحي آزمايش تاگوچي و طرح آزمايش L16 براي هر كدام از دو نمونه خاك استفاده شده و جهت مقايسه نتايج با يكديگر و نتايج ديگر روش‌ها از نسبت تورم (نسبت تورم يخ زدگي نمونه بهسازي شده به تورم يخ زدگي نمونه بهسازي نشده) استفاده شده است. نسبت تورم‌هاي خاك نوع اول بين 14/0 تا 34/0 و براي خاك نوع دوم بين 21/0 تا 42/0 بوده است. ضريب تعيين (R2) به دست آمده براي هر كدام از خاك‌ها پيش بيني دقيق نتايج توسط روش تاگوچي را تاييد نمود. با استفاده از روش تحليل نتايج ميانگين‌ها و تحليل واريانس مشخص شد كه غلظت باكتري بيشترين ميزان مشاركت در خروجي را براي هر دو نمونه خاك داشته است. در هر دو نمونه خاك رتبه دوم ميزان مشاركت را زمان عمل‌آوري با اختلافي كم نسبت به غلظت باكتري داشته است. همچنين غلظت محلول سيماني مشاركتي بسيار اندك در نتيجه نهايي نسبت به دو عامل ديگر داشت. سطوح بهينه براي هر دو نمونه خاك غلظت باكتري 108 CFU/mL، زمان عمل آوري 21 روز و غلظت محلول سيماني 6/0 بوده است. نتايج به دست آمده براي دو نوع خاك آزمايش شده در مقايسه با ديگر روش‌هاي مرسوم بسيار اميدوار كننده است. تنها استفاده از آهك، سيمان و نانوسيليكا نتايج بهتري داشته كه هر كدام با چالش‌هاي جدي رو به رو بوده‌اند. همچنين تصاوير SEM تهيه شده قبل و بعد از بهسازي بيولوژيك نمونه‌ها تشكيل منظم و متراكم رسوب كلسيت را تاييد نموده‌اند.

214579

خاك و پي

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان

صبيحه سليمانيان زاد

حميد هاشم الحسيني، هاجر شرع اصفهاني، رسول اجل لوئيان

محمدعلي روشن ضمير، مهدي ابطحي