Moisture effects on short term durability and mechanical properties of two Puerto Rico crushed limestone aggregates

Abstract

This Master of Science thesis includes an experimental characterization of the mechanical properties of two Puerto Rico crushed limestone aggregates (CLA). Specifically, the crushed limestone was obtained from two quarries from the North and South Puerto Rico Karst Landforms. The main objective was to evaluate the short term durability and possible degradation of mechanical properties under different levels of exposure to moist environments (fresh and salt water baths). The experimental program included: Index testing, XRD and TGA Mineralogy, Slake Durability Tests, Los Angeles Abrasion Tests, Point Load Tests, 1-D Compression Tests and a series of Triaxial Compression Tests. The two crushed limestone types had high contents of calcium carbonate (both above 94%). The main differences of the CLA types were observed in their porosity and water absorption. The CLA from northern PR (Aymamon Formation) had a porosity and water absorption of 7.93% and 3.88%, respectively. In contrast the CLA from the southern PR (Cuevas Formation) has a porosity and water absorption of 1.95% and 1.29%, respectively. The two CLA types were tested after different tries of submergence in fresh and salt water with a maximum submergence time of 150 days. No degradation in terms of slake durability and point load index was observed at a submergence time of 150 days in fresh and salt water. Moisture conditions produced greater deformations on the CLA materials tested in Los Angeles abrasion and 1-D Compression tests. No variability was observed in the internal friction angles when subjected to moisture changes and time conditions.

Esta tesis de Maestría en Ciencias incluye una caracterización experimental de las propiedades mecánicas de dos agregados de roca caliza triturada de Puerto Rico. Este agregado de roca caliza fue obtenido específicamente de dos canteras en las formaciones del carso del Norte y del Sur de Puerto Rico. El objetivo principal fue evaluar las propiedades de durabilidad a corto plazo y la posible degradación de las propiedades mecánicas bajo diferentes niveles de exposición a ambientes húmedos (baños de agua fresca y salada). El programa experimental incluyó: Pruebas Índices, Mineralogía del suelo mediante XRD y TGA, Ensayos de Durabilidad de “Slake”, Ensayos de Abrasión Los Ángeles, Ensayos de Carga Puntual, Compresión en 1-D y una serie de ensayos triaxiales de compresión. Los dos agregados de roca caliza presentaron altos contenidos de carbonatos de calcio (ambos mayor al 94%). La diferencia mayor de estos agregados de roca caliza fue observada en la porosidad y adsorción de agua. El agregado de roca caliza del norte de P.R. (Formación Aymamón) obtuvo un valor de porosidad y adsorción de agua igual a 7.93% y 3.88%, respectivamente. En contraste el agregado de roca caliza del sur de P.R. (Formación Cuevas) obtuvo un valor de porosidad y absorción de agua igual a 1.95% y 1.29%, respectivamente. Los dos tipos de agregados de roca caliza fueron ensayados luego de diferentes intentos de sumersión en agua fresca y salada con un tiempo de sumergido máximo de 150 días. No se observó ninguna degradación en términos del índice de durabilidad de “slake” y carga puntual a un tiempo de 150 días de sumersión en agua potable y salada. Los cambios en humedad produjeron deformaciones mayores para las muestras de agregados de roca caliza ensayada en abrasión de Los Ángeles y Compresión en 1-D. Los ángulos de fricción interna no mostraron variabilidad antes presencia de humedad y condiciones de tiempo.