Stress strain behavior and dynamic properties of Cabo Rojo calcareous sands

Abstract

This thesis involved studying the stress-strain behavior and dynamic properties of uncemented calcareous sands from southwest Puerto Rico (Cabo Rojo sand). A silica sand (South Bend sand) with similar grain sizes was included for comparison purposes. The research involved a comprehensive experimental program of both sands, which included: Index testing, XRD mineralogy, SEM imaging, Direct shear tests, 1-D compression tests, ICU triaxials, and Resonant column tests. The calcareous sand consisted of skeletal remains of marine organisms with unique particle shapes and intraparticle porosity. Results indicated that in general this sand was more ductile, more crushable, more contractive, and less stiff than the silica sand. However, the effective friction angles of the calcareous sand were higher than the silica sand, mainly due to differences in their pore pressure generation tendencies. This research highlighted important differences in geotechnical behavior between the two sands, which may warrant special design considerations. Further research on these sands is recommended.

Esta tesis comprende el estudio del comportamiento esfuerzo-deformación y las propiedades dinámicas de las arenas calcáreas no-cementadas del suroeste de Puerto Rico (arena Cabo Rojo). Para fines comparativos se incluyó además una arena sílice con similar distribución de tamaños (arena South Bend). Esta investigación presenta un exhaustivo programa experimental para ambas arenas que incluye: Ensayos de Propiedades índice, Mineralogía por refracción de rayos X, Imágenes en microscopio electrónico (SEM), pruebas de Corte directo, Compresión uniaxial, ensayos Triaxiales y de Columna resonante. La arena calcárea presentó un contenido importante de fósiles de organismos marinos, que ocasionan partículas de formas peculiares y alta porosidad intra-granular. Los resultados indicaron que, en general, esta arena fue más dúctil, triturable y contractiva, así como menos rígida que la arena sílice de comparación. Sin embargo, los ángulos de fricción efectivos de la arena calcárea fueron más altos que los de la arena sílice, debido principalmente a las diferentes tendencias en la generación de la presión de poros. Esta investigación mostró diferencias importantes en el comportamiento geotécnico de las dos arenas de estudio, que sugieren la necesidad de consideraciones especiales de diseño para las arenas calcáreas de Cabo Rojo. Se recomienda por lo tanto, continuar esta investigación.