Segundo Zilli (2003) é necessário realizar uma identificação das espécies microbianas presentes no solo, pois os micro-organismos estão intimamente associados aos processos ecológicos, sendo que essa característica da a eles um grande potencial como indicador da qualidade do solo. Tais autores afirmam ainda que as variáveis que ajudam a determinar o uso da biodiversidade são a composição mineralógica, transformação de massa, matéria orgânica, radiação solar e temperatura. Já (Halverson, 2005) afirma que as principais variáveis que influenciam as bactérias do solo são a temperatura, umidade, pH, disponibilidade de água, que flutuam rápida ou lentamente, obrigando às bactérias a criarem estratégias de sobrevivência. A Figura 2.10 ilustra o anteriormente descrito.
Figura 2.10 Modelo ilustrativo dos fatores que influenciam as bactérias do solo (Modificado de Halverson, 2005)
A aplicação da biotecnologia, especificamente da biomineralização como método de melhoria dos solos oferece uma alternativa bastante promissora. Whiffin (2007) afirma que
desde o ponto de vista geotécnico, o potencial da precipitação de CaCO3 por meios biológicos HABITAT DO SOLO
Propriedades físicas e químicas, Presença ou ausência de raízes,
Lugares protegidos
FATORES AMBIENTAIS Disponibilidade de nutrientes e agua,
Temperatura, Variação de pH
COMPORTAMENTO MICROBIANO Modificação do hábitat, Atividade metabólica,
25 tem sido identificado como uma importante maneira de adaptar as propriedades do solo a diferentes aplicações.
Valencia et. al. (2012) manifestam que todos os trabalhos e invenções relacionados com a biomineralização situam-se no aspecto da melhoria das propriedades e/ou comportamento do material, no entanto, há uma limitação com respeito ao risco ambiental causado pela adição de bactérias e/ou nutrientes estranhos ao meio ambiente.
Bang et. al. (2001), relatam que cristais de carbonato de cálcio ao redor das células são formados no momento em que as bactérias metabolizam a ureia, os quais se interligam com cada um dos grãos de solo, aumentando a resistência ao cisalhamento.
Durante a biomineralização são afetadas as propriedades e comportamento dos solos. Segundo Zilli et al. (2003), os solos tropicais apresentam degradação química que as vezes dificulta o tratamento dos mesmos mediante processos biológicos, além disso a carência de nutrientes para serem aproveitados pelas bactérias também representa uma dificuldade. Mas esses solos apresentam uma grande riqueza da biota que é maior ainda sob condições climáticas favoráveis.
No ramo da engenharia civil a aplicação da biomineralização pode ser dividida em várias metodologias (Gómez, 2006), dentre as quais se destacam:
Bioinduração: Tem sido a mais estudada e consiste na selagem dos poros do solo mediante a adição de micro-organismos, para que estes produzam uma biopelícula ou biofilm, (película constituída por uma matriz de polímeros extracelulares produzida por organismos que estão embebidos dentro da mesma), que proporciona uma redução da permeabilidade (Figura 2.11).
Figura 2.11 Biofilme em um solo não saturado (Modificado de Halverson, 2005) Biorremediação: consiste em usar a precipitação de carbonato de cálcio para restauração de
26 Bioestabilização: visa à melhoria das propriedades geotécnicas dos solos por meio da
secreção ou precipitação de substâncias cimentantes como o carbonato de cálcio.
De Muynck et. al. (2012) indica que a primeira patente referente ao estudo da biomineralização foi há quase duas décadas e, desde então, vários grupos de pesquisa têm procurado abordagens alternativas para o uso da biorremediação, também conhecida como biodeposição. A partir dessa época essa alternativa tecnológica ganhou importância e começou a ser aplicada na engenharia para restauração e reforço de materiais como rocha e concreto. Já no campo da bioestabilização ou biocimentação os primeiros estudos foram realizados no inicio da década de 90 e focaram-se na engenharia geotécnica como uma alternativa para melhorar as propriedades dos solos.
Bang & Ramakrishnan (2001), trabalharam com bactérias urease como Escherica coli e
Bacillus pasteurii, para remediação de trincas em concretos obtendo como resultado um
aumento importante na resistência à compressão simples.
Halverson (2005) relata que no processo de bioinduração o crescimento do biofilm é considerado como contínuo, sendo uma comunidade de bactérias com um elevado nível de organização, diferentemente do crescimento microbiano no solo que é desigual.
Técnicas de biomineralização in situ, cujos resultados indicaram que a adição de um meio nutritivo ativador das bactérias endógenas do solo, motivou a precipitação de CaCO3 e,
consequentemente a variação das propriedades físicas e mecânicas do solo in natura e compactado foram utilizadas por Valencia (2010). O efeito do tratamento refletiu-se na melhoria da estabilidade e desempenho dos agregados, menor deformabilidade e maior resistência do solo.
Stocks-Ficher et al. (1999), realizaram experimentos para precipitar CaCO3. Na pesquisa
eles adicionaram um meio nutritivo composto de 20 g de ureia, 3 g de Ágar nutriente, 5,6 g de Cloreto de cálcio (CaCl2), 10 g de Cloreto de amônio (NH4Cl), 2,12 g de Bicarbonato de
sódio (NaHCO3), e 12g de Agar para 1 litro de água destilada com cultivos de Bacillus pasteurii em um solo arenoso. Os resultados obtidos revelaram que a precipitação de CaCO3
foi gerada em um intervalo de pH entre 8 e 9.
Matínez et al. (2003), adicionaram meios em três concentrações com Bacillus subtilis no solo para induzir a precipitação de CaCO3. O resultado obtido foi a melhoria das propriedades
27 Gómez (2006) agregou Bacillus pasteurii e Bacillus subtilis, cada espécie com um meio nutritivo denominado de B4, em um solo grosso que foi seco na estufa para evitar a interferência das bactérias nativas. O objetivo foi avaliar a variação do módulo de rigidez. Nos resultados obtidos observou-se que os Bacillus pasteurii são mais adequados para melhorar a resistência ao cisalhamento.
Ismail et al. (2002) utilizaram um sistema de precipitação in situ mediante dois processos, injeção ou molhagem do solo. O meio consistiu em uma solução aquosa com baixa viscosidade, com pH neutro e não tóxica. Como resultado houve precipitação de CaCO3 que
envolveu e formou pontes entre os grãos gerando assim uma ligação entre eles e, consequentemente uma cimentação na matriz de solo melhorando sua resistência.
Flórez (2007) adicionou separadamente um meio nutriente e uma mistura do meio com
Bacillus spp. em um solo arenoso. Nos resultados obteve-se melhoras nas propriedades
mecânicas, mas essas foram mais notórias com a adição das bactérias junto com o meio nutritivo.
Whiffin et al. (2007) mostraram que é possível obter uma cimentação em grãos de areia mediante a precipitação de carbonato de cálcio gerada a partir da adição de ureia e cloreto de cálcio a velocidade constante numa coluna de solo, gerando assim, uma redução da permeabilidade do solo e impermeabilização do mesmo. Também observaram que a capacidade das bactérias para degradar ureia decresce durante o tempo de reação e que as causas de tal perda podem ser a redução de volume de poros, aumento da quantidade de CaCO3 precipitado, diminuição na concentração de ureia ou degeneração da viabilidade das
bactérias nas condições de cimentação.
Schimittner & Girese (1999) realizaram um estudo adicionando diferentes concentrações de cálcio (Ca2+) e de fosfato (PO43-) em solução a um solo arenoso com três tamanhos de grão
e avaliaram o tempo de precipitação de calcita e de hidroxy apatita. Observaram que a temperatura não é tão importante para a precipitação, quanto o pH. Como conclusão afirmam que material fino com grande área superficial é um excelente meio para envolver as bactérias. Outro trabalho nessa mesma linha foi realizado por Dejong et. al. (2006). Nele o Bacillus
pasteurii num meio liquido modificado com ureia e uma fonte de cálcio foram colocados em
espécimenes de areia esterilizados. Os resultados demonstraram que houve uma cimentação entre grãos que incrementou a resistência ao cisalhamento.
28 Arrieta (2011), cujo objetivo foi a avaliação da mitigação de processos erosivos adicionando um meio nutritivo para ativar as bactérias nativas do solo laterítico, os resultados revelaram que houve uma neutralização do processo erosivo e uma melhoria nas propriedades físicas e mecânicas do solo.
Atualmente existem equipes de pesquisa reconhecidas no mundo voltadas para o estudo dos processos de biomineralização induzidos com aplicações em engenharia, dentre as quais encontra-se a biocimentação de solos com a finalidade de determinar metodologias que permitam beneficiar propriedades tais como permeabilidade, rigidez e resistência dos mesmos. Os resultados mais promissores tem sido mediante a estimulação dos micro- organismos nativos (López, 2008).