Kumlu Zeminlerin Mikrobiyal Yöntemle Güçlendirilmesi

Abstract

Jeoteknik mühendisliginde zeminlerin mühendislik parametrelerini iyilestirmek için son yıllarda çok sayıda çagdas yöntem ve malzeme ortaya çıkmaktadır. Bunlar çevresel etki, nüfuz derinligi, iyilestirme homojenligi ve maliyet gibi konularda farklılıklar sunmaktadır. Basarılı bir bakteriyel zemin iyilestirmesi zemin-bakteri türü, besiyer, çevresel ve jeolojik faktörler gibi çesitli faktörlere baglıdır. Bu projede bakteriyel kalsiyum karbonat çökelimi yardımı ile kumlu zeminlerin mühendislik özelliklerinin iyilestirilmesi amaçlanmıstır. Bu kapsamda bakteriyel kalsiyum karbonat olusumlarının maksimum CaCO3 konsantrasyonlarının kosullarının belirlenmesi amacıyla çesitli bakteriler üzerinde farklı üre konsantrasyonları, inkübasyon süreleri ve baslangıç pH kosulları uygulanmıstır. U3 nolu örnegi temsil eden bakteriler (Paenibacillus favisporus) tüm kosullarda en yüksek CaCO3 üretimini saglamıstır. Bu nedenle jeoteknik uygulamalarda U3 nolu örnek kullanılmıs olup, optimum kosullar üre konsantrasyonu=100 mM, sıcaklık=37 ?C, baslangıç pH=6.5, inkübasyon süresi=10 gün ve maksimum konsantrasyon=2805 mg/ml olarak belirlenmistir. Polarizan mikroskop görüntüleri çimentolanmanın baslıca kalsit ve kuvars minerallerinden olusan taneler arasında homojen biçimde dagıldıgı gözlenmistir. Optik mikroskopik verilere göre, kalsiyum karbonat çimento 0.5 mm ye ulasan boslukları doldurma kapasitesine sahip oldugunu ortaya koymustur. XRD incelemelerine göre taneleri tutturan bakteriyel karbonat çimento vaterit içermemektedir Taramalı elektron mikroskop (SEM) incelemeleri bakteriyel kalsiyum karbonat baglayıcının gözenekli-süngerimsi görünümlü amorf yapıda oldugunu göstermistir. SEM element haritalama verileri de, optik mikroskop verilerine benzer biçimde bakteriyel karbonat çimentonun taneler arasında homojen bir dagılım sundugunu göstermistir. Dogal zemin örneginin birim hacim agırlıgı 14.4 kN/m3, güçlendirilmis zeminin ise 14.5 kN/m3 ile 14.6 kN/m3arasında degismektedir. Güçlendirilmis örneklerin tek eksenli basma dayanımı en yüksek 25 d/d?da 204.1 kPa olarak ölçülmüs, 50 d/d ve 100 d/d ise sırasıyla 142.9 kPa and 85.2 kPa elde edilmistir. Göründügü kadarıyla peristaltik pompanın yüksek devirleri bakteri aktivitesini azaltmaktadır. Elastisite modülü degerleri de 23.9 MPa and 89.4 MPa arasında degismektedir. Gözlenen en düsük ve en yüksek hızlar ise Vp için 601 m/s-985 m/s, Vs için 167 m/s-443 m/s arasında degismektedir. Çimento ve kimyasal enjeksiyon gibi geleneksel zemin güçlendirme yöntemlerinin görece küçük sahalarda yaygın olarak uygulanmasına karsın, mikrobiyal güçlendirmenin ise ulastırma projeleri gibi daha büyük sahaların güçlendirmesi çevresel ve ekonomik açıdan daha uygun görünmektedir. Proje, bakteri mineralizasyonu ile yapılan zeminin iyilestirmesi sonucu saglanan mühendislik parametrelerindeki olumlu yöndeki deger artıslarının bu projeler için yeteri kadar iyi oldugunu göstermektedir. Sonuç olarak, proje kapsamında uygulanan yöntemin ilgili jeoteknik mühendisligi uygulamalarında kullanılabilir oldugu ortaya konulmustur.