Titolo della tesi: Ground Improvement Using Enzyme Induced Carbonate Precipitation (EICP) Derived from Plant Source.
La biocementazione è riconosciuta come una tecnica promettente per il rafforzamento di terreni sciolti e deboli, offrendo un'alternativa sostenibile al cemento Portland ordinario (OPC) nelle applicazioni geotecniche. Questo è particolarmente significativo considerando l'elevata impronta di carbonio e la produzione ad alta intensità energetica dell'OPC. La tecnica ha dimostrato un'eccellente efficienza in vari tipi di terreno, sia attraverso test di laboratorio che modelli su larga scala. La precipitazione di carbonato indotta da enzimi (EICP), una tecnologia emergente per il miglioramento del terreno, cementa il suolo precipitando carbonato di calcio, migliorando così resistenza e rigidità. La biocementazione EICP offre significativi vantaggi ambientali e tecnici, ma la sua adozione commerciale affronta sfide, principalmente a causa di fattori economici. Uno degli ostacoli principali è l'elevato costo dei materiali, come l'enzima (ad esempio, l'ureasi), che spesso è costoso da produrre o acquistare. Queste sfide economiche devono essere affrontate per rendere l'EICP una soluzione praticabile e ampiamente adottata.
Questa dissertazione esplora l'uso di materiali naturali come sostituti ecologici, concentrandosi sulle tecniche di biocementazione, in particolare l'EICP. Un approccio innovativo è stato introdotto estraendo enzimi da piante scadute (ad esempio, soia), riutilizzando materiali di scarto per migliorare le proprietà meccaniche del terreno e promuovere un'economia circolare. La ricerca è stata condotta in due fasi. La prima fase, svolta presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica, Materiali e Ambiente (DICMA), si è concentrata sull'ottimizzazione dei componenti chimici della soluzione di biocementazione. Campioni di piccole dimensioni (3 cm di diametro e 10 cm di altezza) sono stati utilizzati per determinare le concentrazioni ottimali. La seconda fase, condotta presso il laboratorio geotecnico del Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica (DISG), ha indagato le proprietà meccaniche dei campioni biocementati utilizzando test di resistenza a compressione non confinata, test brasiliani, test di taglio diretto e test triassiali.
Gli esperimenti hanno ottimizzato la soluzione di biocementazione utilizzando enzimi ureasi estratti da soia scaduta e cloruro di calcio. Le concentrazioni ottimali sono state identificate come 25 g/L per la soia e 0,5 M per calcio e urea. I risultati hanno indicato livelli di pH stabili (8,5) e resilienza alle variazioni di temperatura (20–40°C), sebbene una leggera riduzione nella precipitazione di CaCO₃ sia stata osservata vicino ai 50°C. I test meccanici hanno rivelato che la sabbia biocementata ha raggiunto una resistenza a compressione paragonabile a quella della sabbia stabilizzata con OPC, con una significativa miglioramento della resistenza a trazione all'aumentare del numero di iniezioni. Campioni sottoposti a 14 iniezioni hanno mostrato un raddoppio della resistenza a trazione rispetto a quelli con 7 iniezioni. I parametri di resistenza al taglio, valutati attraverso test di taglio diretto e triassiali, sono migliorati con l'aumento delle iniezioni, guidati da una maggiore precipitazione di CaCO₃. Una maggiore dilatanza ha ulteriormente indicato un migliore legame tra le particelle e una maggiore stabilità della matrice sabbiosa.
Infine, un modello in mesoscala (30 cm di diametro e altezza) è stato utilizzato per studiare la distribuzione della precipitazione di CaCO₃. I risultati hanno mostrato che la precipitazione era concentrata vicino alle zone di iniezione, sottolineando la necessità di tecniche di iniezione ottimizzate per garantire una distribuzione uniforme e miglioramenti meccanici consistenti in tutta la massa del terreno.