BR112019024734B1

BR112019024734B1 - Elemento geossintético e método de indução de precipitação de carbonato de cálcio induzida microbiologicamente em um geomaterial subterrâneo

Info

Publication number: BR112019024734B1
Application number: BR112019024734-3A
Authority: BR
Inventors: Terzis Dimitrios; Laloui Lyesse
Original assignee: Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl)
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2023-10-31
Also published as: ES2898772T3; WO2018219431A1; BR112019024734A2; JP2020528975A; US20200157757A1; BR112019024734A8; JP6998071B2; EP3631094B1; AU2017417126B2; CN110770400A; US10895054B2; AU2017417126A1; EP3631094A1; CN110770400B

Abstract

a presente invenção refere-se a um elemento geossintético (1) para uma aplicação de engenharia geotécnica. o elemento geossintético (1) compreende: portadoras de bactérias (3) para transportar bactérias dispostas para serem propagadas do elemento geossintético (1) a um geomaterial circundante; e uma rede de fluxo que compreende aberturas em sua superfície para permitir que um reagente escape da rede de fluxo ao geomaterial circundante ao longo da rede de fluxo para produzir carbonato de cálcio sólido quando em contato com as bactérias. a rede de reagente de fluxo compreende adicionalmente um conjunto de entradas para alimentar a rede de fluxo com o reagente, e um conjunto de saídas para recuperar pelo menos uma parte do reagente da rede de fluxo de reagente.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a um elemento geossintético para aplicação de engenharia geotécnica. Mais especificamente, o elemento geossintético de acordo com a presente invenção compreende portadoras de bactérias calcificantes e uma rede de fluxo. A presente invenção também se refere a um método de indução de precipitação de carbonato de cálcio microbiano em um geomaterial com o uso do elemento geossintético.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As forças de direcionamento por trás da concepção e implantação de métodos de reforço do solo são, por um lado, relacionadas à complexidade de fundação ou solução de estabilização terrestre de trabalhos de engenharia moderna. Por outro lado, as infraestruturas envelhecem, há uma necessidade crescente para trabalhos de reabilitação e para implantação de ferramentas que permitem aos engenheiros fortalecer a subsuperfície. Ademais, ao lidar com projetos de infraestrutura de grande escala, tais como trabalhos de transporte, engenheiros são frequentemente confrontados com substratos não homogêneos e vários tipos de solo. Alguns dos mesmos falham em fornecer a capacidade de carga necessária ou são suscetíveis a ameaças ambientais, tais como erosão e liquefação, e desse modo, exigem operações de fortalecimento e estabilização extensivas.

[003] Técnicas industriais existentes permitem abordar, em alguma extensão, alguns dos desafios acima sem o uso de bactérias calcificantes. Tais técnicas se baseiam na utilização de fluidos cementosos artificialmente fabricados, bombeados em solo sob alta pressão (grauteamento a jato, grauteamento de cimento, grauteamento de microcimento) ou na implantação de geossintética. Materiais geossintéticos são geralmente compostos por polipropileno ou outras substâncias poliméricas e visam estabilizar formulações de solo para a construção de barragens e para a proteção de encostas ou margens de rio contra erosão. Oito categorias de produto principais são identificadas: produtos geotêxteis, geogrelhas, georredes, geomembranas, revestimentos de barro geossintético, geoexpandidos, geocélulas e geocompósitos, todos visam várias aplicações e usadas com vários métodos de instalação.

[004] A precipitação de carbonato de cálcio microbiologicamente induzida (MICP) é um mecanismo reativo conhecido que resulta na formação e crescimento de partículas de carbonato de cálcio (CaCO3) (também denominado como cimento com micróbio) dentro da matriz de solo. MICP pode ser usado para aprimorar a estabilidade do solo e suas propriedades mecânicas. Em soluções conhecidas, bactérias calcificantes ureolíticas foram diretamente introduzidas no solo ou em outras formações geológicas. Aplicações de MICP por infiltração, por sistemas de bombeamento e poços de extração, ou por mistura direta com agregados são conhecidas por consolidar solos. É também conhecido o uso de MICP para a produção de alvenaria, para controle de poeira e para a fabricação de alguns materiais de construção. MICP é um processo natural baseado em hidrólise de ureia de indução micrcrobiana (Equação 1). Esse mecanismo de reação natural é catalisado pela enzima urease encontrada em várias cepas bacterianas. Uma hidrólise de ureia bacteriana é completada 1014 vezes mais rápido em comparação a uma reação não catalisada. O bicarbonato disponível (COl-) produzido pela hidrólise de ureia precipita em cristais de carbonato de cálcio sólido (Equação 2) sob a presença de uma fonte de cálcio, tais como cloreto de cálcio.

[005] Por exemplo, os documentos n° FR2873725 e FR2911887 revelam o uso de uma família de bactérias calcificantes, e a de bactérias de denitrificação para aumentar a resistência de materiais porosos. Nessas publicações, um método é descrito para aplicar MICP alimentando-se diretamente solos com bactérias calcificantes e soluções de reagente. O documento n° FR2985746 também apresenta recirculação de água por todas as etapas diferentes do processo de MICP, como um meio de economizar recursos e reduzir adicionalmente custos de instalação. No entanto, a alimentação direta de solos com bactérias por um único poço de injeção nem sempre é uma solução ideal, devido ao fato de que isso causa precipitação de carbonato de cálcio limitada nos arredores da fonte de injeção e fraca propagação de bactérias calcificantes no geomaterial circundante. Desse modo, equipamento de alimentação pesado e repetições consumidoras de tempo de injeções são necessárias para aprimorar volumes maiores de solo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] A presente invenção visa superar pelo menos alguns dos problemas identificados acima relacionados ao uso do MICP em aplicação de engenharia geotécnica.

[007] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um elemento geossintético para uma aplicação de engenharia geotécnica conforme citado na reivindicação 1.

[008] Algumas das vantagens do elemento geossintético proposto são os seguintes: • O elemento geossintético proposto pode ser implantado, por exemplo, como uma membrana compósita sólida ou treliça, um sistema de fibras expansíveis ou um dreno pré-fabricado. Esses elementos, sem as células bacterianas e a rede de circulação, são conhecidos e usados para miríade de aplicações no campo de engenharia geotécnica. Os novos elementos geossintéticos propostos oferecem valor adicional em comparação a elementos convencionais devido aos meios que possibilitam a implantação de MICP para desempenho mecânico aprimorado de solos. Desse modo, o elemento geossintético de acordo com a invenção é facilmente reproduzível para aplicações industriais, e a indústria já é familiar com tipos similares de produtos. • Projetar elementos geossintéticos que compreende bactérias calcificantes e a rede de circulação torna possível aplicar MICP de maneira controlado. Ademais, as localizações de células bacterianas no elemento geossintético podem ser predeterminadas na fábrica ou no local de instalação, antes ou durante a aplicação de biocimentação. Isso resulta em uma distribuição final homogênea de bactérias calcificantes e, eventualmente, de cimento com micróbio. • O processo de fabricação do elemento geossintético proposto exige ajustes relativamente menores em comparação aos processos de fabricação de elementos geossintéticos existentes sem as bactérias e a rede de circulação. • Produzir o elemento geossintético proposto em uma fábrica, em vez de alimentar diretamente o solo com as bactérias, permite facilmente realizar testes de controle de qualidade e reduz a necessidade de monitorar o processo de MICP no local de instalação. Isso também causa economias de custo. • Visto que a rede de circulação é parte do elemento geossintético, não há necessidade de ter, por exemplo, nenhum poço de perfuração ou outras disposições de perfuração extensiva no local de instalação. Isso resulta em uma ou mais estratégias de aplicação de MICP flexível. • Se o elemento geossintético for implantado como um sistema de fibras expansíveis, então colocar esse sistema em solos com teor aumentado em finos (tais como siltes e barros) cria a porosidade necessária para recircular reagentes e induzir MICP sob baixas pressões.

[009] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecido um método de indução de precipitação de carbonato de cálcio induzida microbiologicamente em um geomaterial conforme citado na reivindicação 12.

[010] Outros aspectos da invenção são citados nas reivindicações dependentes anexados a este documento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[011] Outros recursos e vantagens da invenção se tornarão evidentes a partir da descrição a seguir de modalidades exemplificadoras não limitadoras, em referência aos desenhos anexos, nos quais:

[012] A Figura 1 ilustra esquematicamente uma geomembrana em uma vista em perspectiva de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção;

[013] A Figura 2 é uma vista em corte transversal parcial da geomembrana da Figura 1;

[014] A Figura 3 ilustra esquematicamente uma geogrelha em uma vista em perspectiva de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção;

[015] A Figura 4 ilustra esquematicamente a geogrelha da Figura 3 em uma vista em perspectiva em uma aplicação exemplificadora;

[016] As Figuras 5a e 5b ilustram esquematicamente um sistema de microfibras expansíveis em vistas em perspectiva de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção;

[017] As Figuras 6a a 6d ilustram esquematicamente um processo de inserir o sistema de microfibras expansíveis das Figuras 5a e 5b no solo; e

[018] A Figura 7 ilustra esquematicamente um dreno geossintético em uma vista em perspectiva de acordo com uma quarta modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES DA INVENÇÃO

[019] Algumas modalidades da presente invenção serão agora descritas em detalhes em referência às Figuras anexas. Aos elementos funcionais e estruturais idênticos ou correspondentes que aparecem nos diferentes desenhos são designadas referências numéricas.

[020] A presente invenção descreve novos elementos geossintéticos e seus métodos de aplicação para a implantação de MICP como um meio de aprimorar a estabilidade e/ou propriedades mecânicas de geomateriais, tais como vários tipos de solo, areia, cascalho e rocha, ou suas formações em trabalhos subterrâneos. Os novos elementos geossintéticos propostos podem compreender camadas de treliça compósitas pré-fabricadas, sistemas de fibras, drenos pré-fabricados etc., dispostos para transportar células bacterianas de calcificação, tais como Sporosarcina pasteurii. A aplicação do processo de MICP com o uso dos novos elementos geossintéticos propostos ou produtos fornece uma alternativa à introdução direta (por infiltração, por sistemas de bombeamento e poços de extração, ou por mistura direta com agregados) de bactérias calcificantes ureolítica em solos ou outras formações geológicas. A aplicação do processo de MICP com o uso dos elementos geossintéticos propostos visa, por exemplo, aumentar a capacidade de carga dos geomateriais, estabilizar encostas, consolidar geomateriais, restaurar fundações fracas, proteger solos contra erosão e/ou aprimorar sua resistência contra liquefação.

[021] As Figuras 1 e 2 ilustram esquematicamente um elemento geossintético 1 de acordo com a primeira modalidade da presente invenção. A Figura 1 é uma vista em perspectiva esquemática, enquanto a Figura 2 é uma vista em corte transversal parcial tomada ao longo da linha A-A da Figura 1, mas não mostrando o corte transversal ao longo do comprimento total da linha A-A. De acordo com essa modalidade, o elemento geossintético 1 é uma geomembrana 1, que, quando dobrada, forma um rolo, e quando, desdobrada, forma um elemento substancialmente plano do tipo manta que pode ser inserido tanto horizontalmente como em planos inclinados. A geomembrana 1 nesse exemplo compreende um conjunto de cápsulas ocas, cavidades ou portadoras 3 para receber ou acomodar células bacterianas de calcificação, denominadas simplesmente como bactérias, em várias formas conforme explicado posteriormente. Nesse exemplo, as cápsulas 3 são dispostas em múltiplas fileiras substancialmente paralelas para formar uma rede portadora para as bactérias. No entanto, várias outras formas de dispor as cápsulas 3 são possíveis. Nesse exemplo, as cápsulas 3 são dispostas para se projetarem de uma primeira superfície de outro modo plana 5 da membrana 1, denominada como uma superfície de topo. Nesse exemplo ilustrado, as cápsulas 3 se projetam somente da superfície de topo 5 da membrana, mas, em outra solução, os mesmos poderiam se projetar também de uma segunda superfície 7, denominada como uma superfície de fundo, dessa maneira atravessando totalmente a largura de corte transversal da membrana 1. No entanto, em vez de atravessar a membrana 1, poderia haver um primeiro conjunto de cápsulas 3 na superfície de topo 5 e um segundo conjunto de cápsulas 3 na superfície de fundo 7. As cápsulas 3 podem ser permeáveis, biodegradáveis ou solúveis (solúveis em água) ou compreendem uma peneira para permitir que as bactérias sejam dispersas ao ambiente circundante. As cápsulas 3 são projetadas para a inserção de células bacterianas liofilizadas (secas por congelamento), esporos bacterianos ou células bacterianas vegetativas (em meio líquido). Se as cápsulas compreendem uma peneira ou outro elemento similar, então as cápsulas 3 podem ser feitas do mesmo material plástico compósito como a membrana restante.

[022] As células bacterianas, que compreendem a enzima urease, são encapsuladas em posições predeterminadas na rede portadora geossintética. Nesse exemplo, encapsulação ocorre em duas etapas conforme explicado abaixo:

[023] (a) Crescimento de culturas bacterianas e liofilização: células vegetativas são cultivadas sob condições estéreis em meio de nutriente líquido e coletados em uma concentração de biomassa desejada. Coleta se refere a centrifugação de cultura líquida, remover o sobrenadante e coletar o pélete. O pélete é ressuspenso em um meio que compreende preferencialmente água deionizada e 10% de sacarose ou qualquer elemento adicional para fixar a força iônica da solução. Após a ressuspensão, o pélete é congelado em -80°C. Subsequentemente, o mesmo é liofilizado para obter as células secas por congelamento. O pélete ressuspenso é preferencialmente inserido em retentores pré-fabricados antes de congelar em -80° C de modo a obter por fim uma cultura bacteriana seca por congelamento no formato desejado correspondente ao formato das cápsulas ou retentores no elemento geossintético 1.

[024] (b) Inserção de células secas por congelamento: as células bacterianas são inseridas nas cápsulas 3 compostas do mesmo material que a membrana geossintética 1 ou outro material solúvel em água biodegradável ou solúvel em água, em posições predeterminadas na grelha, antes da instalação. A massa final e posições das células secas encapsuladas são determinadas com base na aplicação geotécnica prevista, o tipo do geomaterial no local de instalação, assim como a quantidade desejada do cimento com micróbio.

[025] A membrana 1 também compreende uma rede de circulação de reagente ou uma rede de fluxo para circular uma solução de reagente ou meio, denominado simplesmente como um reagente, e opcionalmente bactérias adicionais dependendo da estratégia de MICP. A rede de circulação pode ser embutida na membrana conforme mostrada na Figura 2 ou a mesma poderia ser colocada, por exemplo, no topo e/ou superfície de fundo 5, 7 da membrana. Desse modo, no exemplo das Figuras 1 e 2, a rede de circulação segue substancialmente paralela com as superfícies de topo e de fundo 5, 7, e entre as mesmas. Ademais, nesse exemplo, a rede de circulação é conectada às cápsulas 3 através de aberturas na rede de circulação de tal maneira que o reagente e, opcionalmente, as bactérias adicionais escapem da rede de circulação ao ambiente circundante através das cápsulas 3. Deve-se observar que quando o reagente escapa da rede de circulação através das cápsulas, o mesmo se desvie simultaneamente das células bacterianas. Uma vez que as bactérias entram em contato com o reagente, cimento com micróbio é formado para estabelecer o geomaterial ao redor do elemento geossintético 1. No exemplo mostrado na Figura 2, a rede de circulação segue através das cápsulas 3. A rede de circulação pode compreender condutos ou tubos 9. A maior dimensão de corte transversal (por exemplo, diâmetro se o corte transversal for de formato circular) pode ser entre 1 cm e 0,1 mm. No entanto, em determinadas a aplicações, a maior dimensão de corte transversal pode ser mais larga, por exemplo, até 10 cm.

[026] A membrana compreende adicionalmente um conjunto de entradas 11 e um conjunto de saídas 13 para a rede de circulação. No exemplo da Figura 1, somente uma entrada 11 é mostrada e três saídas 13. O reagente e opcionalmente as bactérias adicionais são introduzidas na rede de circulação através do conjunto de entradas 11, enquanto pelo menos uma porção do reagente é disposta para sair da rede de circulação através do conjunto de saídas 13 para ser reutilizada se for necessário. O conjunto de entradas 11 estão em primeiros pontos finais da rede de circulação, enquanto o conjunto de saídas 13 estão em segundos, pontos finais diferentes da rede de circulação. A rede de circulação pode ser parcial ou substancialmente totalmente preenchida com o reagente antes, ou depois de ter colocado a membrana em ou sobre o geomaterial. A circulação das soluções de reagente na rede de fluxo embutida resulta na difusão das células das cápsulas 3 ao geomaterial circundante. Com base no projeto do processo de MICP, é possível suprir também a rede de circulação com volumes adicionais de meio de reagente incluindo células de calcificação vegetativas. O reagente pode compreender combinações de ureia dissolvida e/ou cálcio dissolvido em água, ou outros elementos, tais como cloreto de amônio. Por exemplo, o reagente pode incluir concentrações equimolares de cloreto de cálcio e ureia. A rede de circulação pode ser preenchida com o reagente por um fluxo contínuo através da rede de circulação. Alternativamente, a circulação de reagentes ocorre por fluxos de lote de intervalos de tempo fixos ou variados através da rede de circulação 5. É também possível que as direções de fluxo de reagente são diferentes entre camadas vizinhas consecutivas de membranas 1 ou entre fileiras consecutivas de tubos 5 dentro de uma camada única. Ademais, é possível selecionar e variar dinamicamente o número de entradas e/ou saídas ativas. O regime de fluxo exato aplicado através da rede incorporada deve ser escolhido com base na estratégia de MICP desejada. Deve-se observar que a descrição acima acerca da solução de reagente e sua configuração de fluxo também se aplica às modalidades explicadas abaixo.

[027] A Figura 3 ilustra esquematicamente a segunda modalidade da presente invenção. Nesse exemplo, o elemento geossintético 1 é uma geogrelha ou treliça, que pode ser rolada e desenrolada similar à membrana da primeira modalidade. A geogrelha 1 compreende um conjunto de hastes 15 ou tubos, que, nesse exemplo, são dispostas substancialmente paralelas entre si. As hastes 15 podem ser compósitos plásticos, e todos ou somente alguns dos mesmos são ocos para transportar as bactérias e para permitir que o reagente atravesse as hastes 15. Em outras palavras, as hastes 15 são dispostas para receber tanto as bactérias quanto o reagente. As hastes também fornecem integridade estrutural adicional aos solos. Algumas das hastes 15 podem ser sólidas e não ocas para aumentar a resistência da geogrelha 1. Uma primeira extremidade da haste 15 pode formar a entrada 11, enquanto uma segunda extremidade da haste 15 pode formar a saída 13. As hastes 15 compreendem aberturas, furos, orifícios, cortes ou fendas 17 em sua superfície para permitir a difusão das células bacterianas e solução de reagente ao ambiente circundante. As aberturas 17 podem ser distribuídas ao redor da periferia das hastes de modo uniforme ou não uniforme e em comprimento ao longo das hastes 15 (a rede de circulação). O tamanho e/ou localização das aberturas depende (ou dependem) novamente da maneira escolhida para aplicar o processo de MICP e/ou do ambiente. Conforme pode ser observado na Figura 3, as hastes 15 são conectadas junto com elementos de conexão 19, que, nesse exemplo, são fibras metálicas ou plásticas. Essas fibras aumentam ainda mais a resistência e estabilidade da geogrelha compósita 1.

[028] A Figura 4 mostra esquematicamente a geogrelha 1 quando usada para uma construção de uma barragem. Nesse caso, a geogrelha 1 junto com o processo de MICP aplicado mitigam o risco de liquefação, por exemplo. Barragens são construídas em camadas do solo 21 com elementos geossintéticos frequentemente colocados entre os mesmos para aumentar sua estabilidade geral. Em outras palavras, as geogrelhas 1 da Figura 3 podem ser colocadas em múltiplas camadas horizontais com seu espaçamento vertical determinados de acordo com o projeto. Por simplicidade, somente uma camada de geogrelha é mostrada na Figura 4. Na Figura 4, a largura da geogrelha 1 excede a largura da barragem de modo a permitir que a ponta de geogrelha se dobre para cima seguindo a encosta da barragem e então para trás para capturar solo para estabilidade aumentada. Uma vez que as geogrelhas 1 são colocadas entre as camadas do solo 21, o processo de MICP é aplicado com o uso da rede de hastes ocas 15 incorporadas na geogrelha 1. Barragens são tipicamente construídas em trabalhos de transporte (estradas, ferrovias, etc.) e são suscetíveis a perigo de liquefação em zonas sísmicas. A aplicação de MICP resulta na nucleação e crescimento de cimento com partículas de micróbio, que conferem ao solo com a coesão necessária para evitar liquefação. A principal vantagem do método de projeto proposto é que a rede de hastes ou tubos 15 pode ser ativada em múltiplos modos alternativos durante ou após a construção da barragem (caso trabalhos de reabilitação sejam necessários). Como um exemplo, hastes individuais 15 da mesma camada de geogrelha pode ser usada alternativamente como tubos de injeção e extração para o reagente. Ademais, uma dada camada de geogrelha individual pode ser usada como uma fonte de injeção, enquanto aquelas acima e abaixo da mesma atuam como fontes de extração, e vice-versa. Desse modo, esse método de projeto oferece flexibilidade na aplicação de MICP e garante homogeneidade de cimento com micróbio precipitado.

[029] As Figuras 5a e 5b ilustram um elemento geossintético 1 de acordo com a terceira modalidade da presente invenção. Nessa modalidade, o elemento geossintético 1 é um sistema de microfibras expansíveis ou extensíveis. O sistema compreende um conjunto de microfibras plásticas 19 colocadas entre uma primeira placa ou tampa 23 e uma segunda placa ou tampa 25 em um estado estendido do sistema conforme mostrado na Figura 5b. Essas duas placas 23, 25 podem ser separadas entre si. A Figura 5a mostra o sistema em um estado fechado ou retraído, enquanto a Figura 5b mostra o sistema em um estado aberto ou estendido. Nesse exemplo, o sistema compreende microfibras expansíveis 19, que podem ser revestidas em resina bacteriana para a aplicação do MICP por meio de perfuração conforme explicado posteriormente. O revestimento pode ser um revestimento de resina bacteriana dissolúvel, tal como resina de hidrogel. O revestimento compreenderia células bacterianas liofilizado (secas por congelamento), que uma vez que o revestimento foi dissolvido, poderia entrar em contato com o reagente. Mediante a separação das primeira e segunda placas 23, 25, as fibras desdobradas por baixo ao topo com o auxílio de uma broca, ou outro mecanismo de perfuração similar. As microfibras 19 não somente fornecem integridade adicional ao geomaterial, mas garantem que: (i) as células bacterianas são distribuídas ao longo da trajetória de perfuração e (ii) espaço de ar suficiente é gerada durante a perfuração para aplicar o processo de MICP aos solos com conteúdo aumentado em finos. Nesse exemplo, o sistema compreende adicionalmente uma rede de microtubos 9 para receber a solução de reagente e opcionalmente as bactérias para permitir que o furo de perfuração seja preenchido com a solução de reagente. Ademais, anéis de microfibra 27 podem ser fornecidos para adicionar integridade adicional ao sistema. A primeira e a segunda placas de extremidade 23, 25 são ocas para acomodar as fibras 19, os tubos 9 e os anéis 27 no estado fechado do sistema. A primeira e/ou a segunda placas 23, 25 também pode receber uma solução rica em bactérias vegetativas de modo que as fibras 19, os tubos 9 e/ou os anéis 27 possam ser impregnadas em bactérias calcificantes. Quando esses elementos foram desdobrados, os mesmos ainda manteriam pelo menos algumas das bactérias em suas superfícies e quando essas bactérias entram em contato com o reagente, o cimento com micróbio é formado.

[030] As Figuras 6a a 6d ilustram o processo de aplicação do sistema de microfibras plásticas expansíveis 1 no solo por perfuração e desdobramento do fundo ao topo do sistema para induzir o MICP nas profundidades alvejadas. Perfuração, nesse exemplo, é realizada por uma broca 29, que tem uma ponta modificada para incorporar as placas separáveis 23, 25. As duas placas 23, 25 são protegidas na ponta da broca. Uma vez que a profundidade desejada é alcançada (conforme mostrado na Figura 6a), a broca 29 se move para cima (Figuras 6b e 6c) e uma haste de fixação 31 se estende ou se estica de modo a manter a primeira placa (placa de fundo) 23 fixada na profundidade desejada, enquanto a segunda placa (placa superior) 25 se move para cima seguindo a ponta da broca. Mediante desdobramento, as microfibras 19 são misturados com o geomaterial circundante. As linhas pontilhadas nas Figuras 6c e 6d indicam que o comprimento total das fibras 19 incorporada no sistema é determinado pela profundidade desejada, o tipo do geomaterial e/ou a natureza da aplicação prevista. Uma vez que o sistema de microfibras 1 foi suficientemente desdobrada (A Figura 6d), a placa superior 25 pode ser recuperada e reutilizada. A haste 31 usada para fixar o fundo 23 pode compreender um conduto para a circulação da solução de reagente para induzir o MICP nos arredores das microfibras 19. Para esse propósito, o conduto e a haste 31 compreendem aberturas em suas superfícies para permitir que o reagente escape do conduto e a haste 31. Os microtubos 19 também podem ser usados para circular e espalhar a solução de reagente. A vantagem desse tipo de aplicação é que as células bacterianas podem ser colocadas no solo durante a perfuração (por exemplo, tendo o revestimento de resina nas fibras 19 e/ou pela abordagem de impregnação) e sua presença garante precipitação de cimento com micróbio ao longo da trajetória de perfuração. Ademais, espaço de ar é gerado durante a perfuração e instalação do sistema de microfibra 1. Isso permite estender a aplicação de o MICP aos solos com conteúdo aumentado de finos.

[031] A Figura 7 ilustra o elemento geossintético 1 de acordo com a quarta modalidade da presente invenção. Nessa modalidade, o elemento geossintético 1 é um dreno pré-fabricado que pode ser colocado no geomaterial. Na Figura 7, somente uma extremidade do dreno 1 é mostrada. Esses drenos 1 podem ter muitos metros de comprimento. Um dado número de drenos é tipicamente colocado de modo substancialmente vertical dentro de uma dada área, em que o número depende, por exemplo, da composição do solo. Conforme pode ser observado na Figura, o dreno 1 compreende um conjunto de microtubos 9 circundado por um pano externo 33 ou manga, que, nesse exemplo, é permeável. Nesse exemplo, os microtubos tem um corte transversal retangular. No entanto, outros formatos, tais como circular, seriam igualmente possíveis. Água ou outro meio de reagente são dispostos para seguir através do conjunto de microtubos 9 e/ou do pano externo 33 para levar a água da superfície a uma formação de solo subterrânea. Os microtubos 9 são dispostos para receber e reter as bactérias calcificantes, e os mesmos são também usados para circular a solução de reagente. Aberturas em sua periferia tornam possível difundir as bactérias e a solução de reagente ao ambiente circundante. Desse modo, os microtubos 9 formam as portadoras de encapsulação e subsequentemente, a rede de circulação de reagente. O dreno 1 também pode compreender hastes sólidas (que podem ou não ser ocas) que seguem, por exemplo, próximas aos tubos 9 para aumentar a resistência do dreno 1.

[032] Conforme explicado acima, as Figuras 1 a 4 ilustram novos projetos das camadas compósitas do elemento geossintético 1 com o fornecimento de redes de circulação embutidas e a de posições predeterminadas para encapsulação bacteriana para direcionar a aplicação aos geomateriais. As Figuras 5a e 5b mostram um novo projeto do sistema de microfibras expansíveis 1, enquanto a Figura 7 ilustra um novo projeto para o dreno pré-fabricado 1. Em todos esses projetos, os elementos geossintéticos 1 compreendem as bactérias (pelo menos, antes de circular o reagente) e a rede de circulação adicionalmente a alguns (outros) elementos estruturais. A vantagem de tais designs é a incorporação das redes de circulação e as cápsulas 3 ou portadoras das células de calcificação em posições predeterminadas. Isso garante distribuição homogênea de biomassa de calcificação mediante inserção no local de instalação. As células bacterianas não têm de se deslocar em longas distâncias de uma fonte de injeção fixada visto que sua posição é predeterminada como um resultado da encapsulação, por exemplo, no corpo compósito. Conforme mencionado, as cápsulas 3 podem ser solúveis ou biodegradáveis ou feitas do mesmo material compósito que o elemento geossintético 1 restante, mas que compreende um tamis, por exemplo, para permitir espalhamento homogêneo das células bacterianas ao ambiente circundante. A rede dos microtubos 9 ou das hastes 15 é usada para aplicar diretamente o MICP, alvejando a adesão aumentada entre as camadas compósitas e geomateriais, e a resistência e rigidez geral aumentada do volume circundante. Outra vantagem da invenção é que os elementos geossintéticos propostos 1 são de peso leve, e podem ser facilmente transportados e desenrolados ou desdobrados no local de instalação. Ademais, produtos similares, no entanto, sem o fornecimento das bactérias calcificantes encapsuladas ou das redes de fluxo, são produzidos e usados em aplicações geossintéticas tradicionais. Desse modo, existe um know-how estabelecido acerca de sua fabricação e instalação, realizado tanto pela inserção entre camadas de solo, ou pela aplicação direta dentro dos furos por perfuração e/ou mistura.

[033] Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita em detalhes nos desenhos e descrições precedentes, tal ilustração e descrição devem ser considerados ilustrativos ou exemplificadores e não restritivos, sendo que a invenção não é limitada à modalidade revelada. Outras modalidades e variantes são entendidas, e podem ser alcançadas pelos elementos versados na técnica ao realizar a invenção reivindicada, com base em um estudo dos desenhos, da revelação e das revelações anexas. Os ensinamentos de diferentes modalidades podem ser combinados para obter modalidades adicionais. Por exemplo, o processo de fluxo de reagente explicado em conexão com a primeira modalidade também pode ser aplicado às outras modalidades. Uma variante adicional da presente invenção pode ser facilmente obtida por exemplo, da primeira modalidade removendo as superfícies de topo e de fundo contínuas. De acordo com essa variante, a rede de circulação seria diretamente exposta ao geomaterial circundante. A maneira de dispor a rede de circulação (por exemplo, quão próximo os tubos da rede de circulação seguem entre si e em qual ângulo) definiria a aparência da matriz geossintética resultante ou treliça. A matriz resultante poderia parecer como uma combinação de triângulos interconectados (ou retângulos ou outros formatos), em que as bordas de triângulo seriam formadas pelos tubos da rede de circulação, e a área dentro das bordas de triângulo seriam vazias ou ocupadas pelo geomaterial uma vez que a matriz foi instalada.

[034] Nas reivindicações, a palavra "compreender" não exclui outros elementos ou etapas, e o artigo indefinido "um" ou "uma" não exclui uma pluralidade. O mero fato de que diferentes recursos são citados em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indicam que uma combinação desses recursos não pode ser usada de modo vantajoso.

Claims

1. ELEMENTO GEOSSINTÉTICO para aplicação de engenharia geotécnica para formar carbonato de cálcio sólido em um geomaterial subterrâneo, sendo que o elemento geossintético (1) é caracterizado pelo fato de que compreende: portadoras de bactérias (3, 15, 19) transportando bactérias calcificantes, sendo as bactérias calcificantes do tipo que induzem a precipitação de carbonato de cálcio sólido, e são dispostas para se propagar das portadoras de bactérias (3, 15, 19) para um geomaterial subterrâneo circundante; e uma rede de fluxo que compreende aberturas (17) em sua superfície para permitir que um reagente se propague da rede de fluxo ao geomaterial subterrâneo circundante ao longo da rede de fluxo para produzir carbonato de cálcio sólido, sendo que a rede de fluxo compreende adicionalmente um conjunto de entradas (11) para alimentar a rede de fluxo com o reagente, e um conjunto de saídas (13) para eliminar pelo menos uma porção do reagente da rede de fluxo.

2. ELEMENTO GEOSSINTÉTICO, de acordo com a reivindicação 1, sendo que o elemento geossintético (1) é caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um dentre os seguintes: uma membrana, uma grelha, um dreno e um sistema de tubos expansíveis.

3. ELEMENTO GEOSSINTÉTICO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a membrana é uma manta rolável sem furos através da manta.

4. ELEMENTO GEOSSINTÉTICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as portadoras de bactérias (3, 15, 19) compreendem cavidades (3) para receber as bactérias calcificantes, e em que as cavidades (3) são conectadas à rede de fluxo.

5. ELEMENTO GEOSSINTÉTICO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as cavidades (3) compreendem uma camada biodegradável, um elemento tipo tamis, uma membrana solúvel ou uma combinação dos mesmos para permitir que as bactérias calcificantes e o reagente escapem das cavidades (3).

6. ELEMENTO GEOSSINTÉTICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a rede de fluxo compreende um conjunto de tubos (15), sendo que os tubos (15) são conectadas entre si com elementos de conexão (19).

7. ELEMENTO GEOSSINTÉTICO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os tubos (15) são dispostas para receber as bactérias calcificantes e o reagente, e em que as bactérias calcificantes e o reagente são dispostos para escapar dos tubos (15) através das aberturas (17).

8. ELEMENTO GEOSSINTÉTICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, sendo que o elemento geossintético (1) é caracterizado pelo fato de que compreende uma primeira placa de extremidade (23) e um segunda placa de extremidade (25) para conectar fibras expansíveis (19) às mesmas e para permitir que as fibras (19) se expandam longitudinalmente entre a primeira e a segunda placas de extremidade (23, 25) quando separadas uma da outra.

9. ELEMENTO GEOSSINTÉTICO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a rede de fluxo compreende tubos expansíveis (9) entre a primeira e a segunda placas de extremidade (23, 25), sendo que os tubos expansíveis compreendem as aberturas (17).

10. ELEMENTO GEOSSINTÉTICO, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que as fibras expansíveis (19) compreendem um revestimento de resina bacteriana.

11. ELEMENTO GEOSSINTÉTICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a rede de fluxo compreende um conjunto de tubos contínuos substancialmente paralelos (9), e em que uma manga é disposta ao redor do conjunto de tubos (9).

12. MÉTODO DE INDUÇÃO DE PRECIPITAÇÃO DE CARBONATO DE CÁLCIO INDUZIDA MICROBIOLOGICAMENTE EM UM GEOMATERIAL SUBTERRÂNEO com o uso de um elemento geossintético (1) definido na reivindicação 1 transportando bactérias calcificantes e um reagente em uma rede de fluxo que compreende aberturas (17) em sua superfície para permitir que o reagente escape da rede de fluxo para o geomaterial subterrâneo circundante ao longo da rede de fluxo, sendo que a rede de fluxo compreende adicionalmente um conjunto de entradas para alimentar a rede de fluxo com o reagente, e um conjunto de saídas para retirar pelo menos uma porção do reagente da rede de fluxo, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: introduzir as bactérias calcificantes ao elemento geossintético (1) em localizações predeterminadas de modo que as bactérias calcificantes sejam dispostas para se propagarem do elemento geossintético (1) ao geomaterial subterrâneo circundante; colocar o elemento geossintético (1) em sua localização de instalação para entrar em contato com o geomaterial subterrâneo; alimentar a rede de fluxo com o reagente através do conjunto de entradas para permitir que o reagente seja circulado na rede de fluxo e para permitir que pelo menos uma porção do reagente e as bactérias calcificantes sejam propagadas do elemento geossintético (1) ao geomaterial subterrâneo para produzir carbonato de cálcio sólido no geomaterial subterrâneo.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente alimentar a rede de fluxo com bactérias adicionais através do conjunto de entradas (11).

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que a rede de fluxo é alimentada com o reagente com o uso de fluxos de lote de intervalos fixos ou variados, ou por um fluxo de reagente contínuo.

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que as bactérias calcificantes são pelo menos um dentre os seguintes: células bacterianas liofilizadas, células bacterianas vegetativas, esporos bacterianos e um revestimento de resina bacteriana