Cementation and bond degradation of rubber–sand mixtures.

Changho Lee; Truong, Q. Hung; Jong-Sub Lee

Cementation influences the mechanical behavior of soils. The effects of cementation and bond degradation are investigated for lightly cemented rigid sand and soft rubber particle mixtures subjected to vertical loading under the K0 condition. Cemented and uncemented specimens were prepared with various sand volume fractions. The propagation velocity of small strain body waves was measured by piezo materials, incorporated within an oedometer. Cemented specimens exhibited a bilinear behavior in the semi-log plot (vertical strain versus log of vertical stress). Vertical strains of a cemented specimen normalized by an uncemented specimen show that the stress–strain behavior is controlled by several different mechanisms and forces: capillary force, cementation bonds, and interparticle contact stresses after bond degradation. The elastic wave velocities dramatically increase due to cementation hardening under fixed vertical stress, and are constant after curing even though vertical stress increases. Additional loading of the vertical effective stress decreases the elastic wave velocities due to bond degradation. The shear wave velocity presents three behavior regions as a function of the sand fraction for both uncemented and cemented specimens: rubber-like, sand-like, and transition behaviors. The vertical stress–strain response and the elastic wave velocities can serve as indicators of cementation and bond degradation. La cimentation influence le comportement mécanique des sols. Dans cet article, les effets de la cimentation et de la dégradation des liens sont évalués pour le cas de mélanges légèrement cimentés composés de sable rigide et de particules de caoutchouc souple. Ces mélanges sont soumis à un chargement vertical en condition K0. Les échantillons cimentés et non cimentés sont préparés avec des fractions volumétriques de sable différentes. La vitesse de propagation des ondes causées par des faibles déformations est mesurée à l’aide de piézo-matériaux incorporés à l’intérieur d’un odomètre. Les échantillons cimentés ont un comportement bilinéaire dans un graphique semi-logarithmique (déformation verticale versus log de la contrainte verticale). Les déformations verticales d’un échantillon cimenté normalisées avec un échantillon non cimenté montrent que le comportement en contrainte–déformation est contrôlé par différents mécanismes et différentes forces : force capillaire, liens de cimentation et contraintes de contact inter-particules suite à la dégradation des liens. Les vitesses des ondes élastiques augmentent de façon significative durant le durcissement sous une contrainte verticale fixe, et deviennent constantes après le curage même si la contrainte verticale augmente. Le chargement supplémentaire de la contrainte effective verticale diminue la vitesse des ondes élastiques en raison de la dégradation des liens. La vitesse des ondes de cisaillement présente trois régions de comportements différents selon la fraction de sable autant dans les échantillons cimentés que non cimentés : un comportement de type caoutchouc, un comportement de type sable, et un comportement transitoire. Le comportement en contrainte–déformation verticale et les vitesses des ondes élastiques peuvent servir d’indicateurs de l’état de la cimentation et de la dégradation des liens cimentaires.

CEMENTATION (Petrology); SOIL mechanics; SOIL degradation; SAND; RUBBER; ELASTIC wave propagation

Canadian Geotechnical Journal, 2010, Vol 47, Issue 7, p763

0008-3674

Academic Journal

10.1139/T09-139