Geotechnical properties analysis of cemented sand with microbial induced calcium carbonate precipitation
Mikrobiyal kaynaklı kalsiyum karbonat çöktürme yöntemiyle iyileşmiş kumlu zeminin jeoteknık özelliklerinin araştırılması
- Tez No: 560096
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN YILDIRIM, PROF. DR. SÜLEYMAN ÖVEZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 144
Özet
Günümüzde, artan dünya nüfusu ve gelişen inşaat mühendisliği teknolojileri ile, birçok geoteknik problemin çözümünde kullanılmak üzere oldukça farklı ve geniş uygulama alanına sahip olan yeni zemin iyileştirme yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu methodlar temel taşıma kapasitesini artırmak, oturma değerlerini azaltmak ve zemin permeabilitesini azaltarak deprem kaynaklı sıvılaşma tehlikesini azaltmak için kayma dayanımını ve rijitliği arttırma yöntemlerini kapsar. Geleneksel zemin iyileştirme teknikleri, mekanik enerji ve/veya insan yapımı olan, üretimi ve uygulaması enerji gerektiren malzemelerin kullanılmasıyla olmaktadır. Öte yandan, yeni yöntemlerin geleneksel yöntemlere kıyasla düşük maliyetli, hızlı uygulama ve iyileştirme süresi, daha fazla dayanıklılık ve çevre dostu olması gerekir. Multidisipliner çalışma neredeyse on yıldır bütün alanlarda artan sayıya sahiptir. Geoteknik mühendisliğinde, biyolojik zemin iyileştirme yöntemleri de başarılı araştırma alanlarından biri olarak adlandırılabilir. Zemindeki biyolojik süreç birçok geoteknik probleme potansiyel çözümler sunmuş ve biyomineralizasyon, biyotıkanma ve biyogaz olmak üzere üç ana gruba ayrılmıştır. Mikrobiyal kaynaklı kalsit çökeltme (MICP), geoteknik mühendisliği problemleriyle uyumlu, performans ve çevresel sürdürülebilirlik açısından geleneksel yöntemlerin yerini alabilen, uygun ve en çok araştırılan türlerden biri olan biyomeralizasyonun bir dalıdır. MICP biyolojik süreci, partikül-partikül içeriği ile sementli kum elde edilen karışım grubu ile zeminin iyileştirilmesine yerleştirilebilir. Bu yöntemde, MICP işleminin tamamında katalizör rolüne sahip üreaz üreten bakterilerin (UPB) kullanılmasıyla kumlu topraklarda biyolojik sementasyonun optimize edilmesi sağlanmıştır. Bu çalışmada, patojenik olmayan ve toprak kökenli bakteri tipi olan (herhangi bir doğal toprak ortamında inhibe edilen ve bulunan) Sporosarcina pasteurii (ATCC 11859) olarak adlandırılan bakteriler kullanılmıştır. Daha doğrusu, bu projede bakteri kullanmanın amacı biyolojik reaksiyon süresini azaltmak için gerekli bakteri tipinde toprak matriksinin yoğunlaştırılmasıdır. MICP sürecinde, bakteri kadar önemli rol oynayan enjeksiyon işleminde sementasyon ve fiksasyon çözeltilerinin de önemi büyüktür. enjekte edilen tüm çözelti konsantrasyonları, optimum konsantrasyon miktarını elde etmek için farklı molar ve oranlarda araştırılmıştır. Projemizde, her üç tip enjeksiyon çözeltisi (bakteri çözeltisi, fiksasyon çözeltisi ve sementasyon çözeltisi) için sabit enjeksiyon akış hızı ile MICP arıtma yöntemi enjeksiyon işlemi gerçekleştirildi. Ayrıca, enjeksiyon, sementasyon ve iyileştirme işlemi sırasında numuneyi sabit tutmak için 50 mm dış ve 45 mm iç çaplı Poly Vinyl Chloride (PVC) boru kullanılmıştır. İyileştirme süresi 4 farklı zaman aralığında da incelenmiştir. Tek bakteri enjeksiyonu yerine çoklu bakteri enjeksiyonu seçilir, homojen kalsit çöktürmesi elde etmek için, çoklu bakteri enjeksiyonu için çeşitli sementasyon ve fiksasyon çözeltisi de dahil edilir. Aynı şekilde, zeminin fiziksel özelliklerinin ve bunların MICP yöntemine etkilerinin araştırılması için, üç farklı relatif sıkılığı (35%, 56%, and 75%) gevşek, orta, ve yoğun kumlu zemin türü incelenmiştir. Bu araştırmada, toprak parçacıkları arasındaki çökeltilmiş kalsiyum karbonatların ölçülmesi için gravimetrik asit yıkama tekniği seçilmekte ve bu amaçla 1N HCL kullanılmıştır. Bu işlemde, serbest basınç testlerinden sonra, birkaç örnek parçaları yaklaşık 10-20 gram iyileşmemiş zemin numunesi ayrıldı ve deneyler onların üzerinde yapıldı. X-Işını kırınım Testinin kısaltması olan XRD testi, çökelmiş katılarda mineralleri karakterize etmenin en kullanışlı yollarından biridir, fırında kurutulmuş iyileşmiş ve iyileşmemiş zemin numunesi, farklı zemin örneklerinin kalsit miktarını belirlemek için XRD testi ile incelenmiştir. Sonuç olarak iyileştirilmiş zeminlerde 99.9 Quartz olarak gözükmektedir ama zemin numuneleri iyileştikten sonra Kalsiyum karbonat yüzde olarak numunelerin hepsinde yer almıştır. Zeminin taramalı elektron mikroskobu (SEM) incelemesi, toprak yapısı ile mekanik davranışı arasındaki ilişkiyi anlamak için yararlıdır. Ayrıca, kalsiyum karbonat üretimi nedeniyle oluşan sementasyonun güçlü bir şekilde kanıtlanmasına yardımcı olur. Deneylerin sonunda çekilen fotoğraflara göre çökülmüş kalsiyum karbonat kum tanelerinin arasında kum tanelerinin yapışma formunu net olarak göstermiş. İyileştirilmiş zeminin, mekanik özellikleri iyileştirme yapılmamış zemin özellikleri ile karşılaştırılmıştır. Bu kapsamda, karşılaştırmalar yapılırken permeabilite incelemesi için düşen seviye permeabilite testi, zemin kayma mukavemeti parametrelerinin araştırılması için serbest basınç deneyi (SB) yararlanılmıştır. Sonuçlar, biyolojik işlemin granüller zemini iyileştirme konusunda büyük potansiyele sahip olduğunu göstermiştir. Yapılan deneylerden elde edilen sonuçlara göre granüler kumlu zeminin serbest basınç mukavemetinin 2.8 MPa kadar çıktığı, permeabilite katsayısının ise en kötü durumda 14 % ve en iyi durumda 370 % azalmıştır. Permeability miktarında azalma ve serbest basınç mukavemetin de yükselme miktarı, çöktürülmüş kalsiyum karbonat miktarıyla direkt ilişkisi olduğunu düşünülüyor.
Özet (Çeviri)
Nowadays, with increasing world population and civil engineering great developments in all traces, new ground and soil improvement methods are needed to have various and wide applications to variety of geotechnical problems. Methods which could increase shear strength and soil stiffness to amplify foundations bearing capacity, decrease settlement problems, and mitigate earthquake-induced liquefaction hazards by decreasing soil permeability parameter also. Traditional soil improvement techniques utilize mechanical energy and/or human-made materials and required substantial energy for material production and installation. On the other hand, the new methods should have low cost, fast operation and improving time, more durability, and being environmentally friendly, in comparison with traditional methods. It's nearly a decade that multidisciplinary research could be gain most of the research numbers in all traces. In geotechnical engineering also biological soil improvement methods could be named as one of the successful research areas. Biological process in the soil has provided potential solutions to many geotechnical challenges and was divided into three main groups, which are biomineralization, bioclogging, and biogas. Microbial Induced calcite precipitation (MICP) is one of biomineralization favorable and most researched types, compatible with geotechnical engineering problems and replaceable with traditional methods in term of performance and environmental sustainability. MICP biological process could be placed in soil improvement by admixture group which gained cemented sand by partical-partical content. In this method with using urease producing bacteria (UPB) which has reactions catalyzer role in the whole of MICP process, were tried to optimize bio-cementation in sandy soil. In our project bacteria used named as Sporosarcina pasteurii (ATCC 11859) that is non-pathogenic and soil origin bacteria type ( is inhibit and found in any natural soil environment) and did use any out of soil origin bacteria in this process. To be more accurate, using bacteria purpose in this project is intensify soil matrix needed bacteria type for decreasing biological reaction period. In MICP process, there are cementation and fixation solutions in the injection process, which have an important role as bacteria. In this way, all injected solutions concentration were investigated in different molars and ratios to gain optimum concentration amount. The mechanical properties of treated soil were compared with untreated soil properties. These processes were assessed by static laboratory tests which are falling head permeability test for hydraulic conductivity investigation, unconfined compression (UC) test for investigation soil shear parameters. The results show that the biological process has great potential in granular soil improvement and turn well graded cohesion less sandy soil to cemented and cohesive sandy soil, which some of them could nominate as increasing unconfined compression strength to 2.8 MPa,and the coefficient of permeability of used soil types are decreased 14% at worst condition and 370% at best condition . Decreasing in permeability and increasing in unconfined compression strength parameters have a direct relation with precipitated calcium carbonate amounts. According to unconfined compression test (UC) results that treated soil shear strength mostly related to the increment in soil cohesion parameter which provided by calcium carbonate precipitation of MICP method and calcium carbonate quality in gaining more strength is important also.
Benzer Tezler
- Sentetik fiber ve çimento katkılı kumların mukavemet özellikleri
Strength properties of cemented and fiber reinforced sands
BAHATTİN BERK AYRAÇMA
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BERRAK TEYMÜR
- The effects of fibers or bentonite mixed with cement on the behavior of sandy soil
Kumlu zemin davranışı üzerinde fiber veya bentonitin çimentoyla karışımının etkileri
SAMI SBAHIEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BERRAK TEYMÜR
- Geoteknik özelliklerin belirlenmesinde sismik ve penetrasyon deneylerinin karşılaştırılması
The Comparison of in-situ seismic and penetration test for the determination of geotechnical properties
RECEP İYİSAN
- Silivri-Eski Çantaköy civarının mühendislik jeolojisi ve bölgedeki heyelanların yeniden yerleşim yönünden irdelenmesi
Başlık çevirisi yok
CENK KOÇAK
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHİR VARDAR
- Deprem etkisindeki şevlerde stabilitenin incelenmesi
Stability analysis of slopes subjected to eartquakes
BİLGE GÖKMİRZA SİYAHİ