This study proposes the equations evaluating the shear strength of cemented sand by analytical interpretation based on Mohr-Coulomb failure criteria, and verifies them using the results of triaxial and unconfined compression tests. The internal friction angle of cemented sand is identical to that of uncemented one regardless of the stress level, while the cohesion intercept of cemented sand is constant before the breakage of cementation bonds. Therefore, the shear strength of cemented sand can be represented as a summation of the shear strength of uncemented sand and the unconfined compressive strength of cemented sand. In addition, the cohesion intercept of cemented specimen can be expressed as a function of unconfined compressive strength and friction angle. In the transition zone, assuming a constant shear strength, the equations to evaluate shear strength and cohesion intercept of cemented sand are also represented. It is observed that the predicted values using these solutions agree well with the experimental results. The experimental results also show a linear relationship between the unconfined compressive strength and the breaking point of cementation bonds.
Lee, Moon Joo;Choi, Sung Kun;Hong, Sung Jin;Lee, Woo Jin
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3C
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pp.181-190
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2006
The behavior of artificially cemented sands were investigated by undrained triaxial test of isotropically consolidated sample. The cementation were induced by gypsum that is generally used for the aitificial cementation of sands. The gypsum of 5~20%(sand weight) were included in the sand and cured in the mold under the overburden pressure 55kPa. The yielding strength and stiffness of cemented sand were increased as the degree of cementation. And the dilation of sand was restricted by the cementation bonds, but after breakage of the bonds, it was increased more abrupt than the uncemented sands. The effective stress path showed that the aspects of effective pore water pressure were changed as the degree of cementation and the relative density. The effective stress ratio of cemented sand in the phase transformation line and the failure line were changed by the cementation. Generally the behavior of cemented sand more influenced by the degree of cementation than the relative density.
The factors affecting the geotechnical properties of cemented sands are known to be relative density, cementation level, stress level, and particle characteristics such as particle size, shape and surface conditions. It has been widely accepted that the friction angle of cemented sands is not affected by cementation while the cohesion of cemented sands was significantly influenced by cementation. The cementation that is a critical component of the strength of cemented sands will be broken with increasing confining pressure and great caution is required in evaluating the cohesion of cemented specimens due to their fragilities. In this study, a series of drained shear tests were performed with specimens at various cementation levels and confining stresses to evaluate the strength parameters of cemented sands. From the experiments, it was concluded that the cohesion intercept of cemented sand experiences three distinctive zone(cementation control zone, transition zone, and stress control zone), as the cementation level and the confining stress varies. In addition, for accurate evaluation of the strength parameters, the level of confining stress triggering the breakage of cementation bond should be determined. In this study, the relationship between the maximum confining stresses capable of maintaining the cementation bond intact and unconfined compression strength of the cemented sand was established.
Behaviors of cemented engineered soils, composed of rigid sand particle and soft rubber particle, are investigated under $K_o$ condition. The uncemented and cemented specimens are prepared with various sand volume fractions to estimate the effect of the cementation in mixtures. The vertical deformation and elastic wave velocities with vertical stress are measured. The bender elements and PZT sensors are used to measure elastic wave velocities. After cementation, the slope of vertical strain shows bilinear and is similar to that of uncemented specimen after decementation. Normalized vertical strains can be divided into capillary force, cementation, and decementation region. The first deflection of the shear wave in near field matches the first arrival of the primary wave. The elastic wave velocities dramatically increase due to cementation hardening under the fixed vertical stress, and are almost identical with additional stress. After decementation, the elastic wave velocities increase with increase in the vertical stress. The effect of cementation hinders the typical rubber-like, sand-like, and transition behaviors observed in uncemented specimens. Different mechanism can be expected in decementation of the rigid-soft particle mixtures due to the sand fraction. a shape change of individual particles in low sand fraction specimens; a fabric change between particles in high sand fraction specimens. This study suggests that behaviors of cemented engineered soils, composed of rigid-soft particles, are distinguished due to the cementation and decementation from those of uncemented specimens.
Lee Woo-Jin;Lee Moon-Joo;Choi Sung-Kun;Hong Sung-Jin
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.22
no.4
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pp.85-94
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2006
Triaxial tests at isotropic confining pressure of 200 kPa were carried out to show the undrained shear behavior of artificially cemented sands, which were cemented by gypsum, and the influences of relative density and DOC (degree of cementation) were investigated from the results. The yield strength, the elastic secant modulus at yield point and the peak frictional angle of cemented sands increased abruptly compared to uncemented sands, and it was checked that cementation exerts more influence on the behavior of sand than the relative density. But after breakage of the cementation bonds, the relative density was more important factor on the behavior of sand than the cementation. Because the compressibility md the excess pore pressure of cemented sands were reduced due to the cementation bonds, the effective stress path of cemented sands was going toward to the total stress path of uncemented sands. The cementation of sand restricted the dialtion of sand at the pre-yield condition, but induced more dilation in the post-yield condition.
About 3% of Casein is included in milk and it accounts for 80% of milk's protein. It has an adhesive property when mixed with calcium hydroxide and sodium hydroxide solutions. It has been usually used to bond woods under dry condition but becomes weak when exposed to moisture. Such weakness is very critical when casein is applied for soil cementation under groundwater condition. Therefore, this study was aimed to protect such weakness by changing or adding certain ingredients of casein adhesive. Two types of cemented specimens were prepared with Nakdong river sand and tested for unconfined compressive strength and durability. Each specimen was mixed with casein or cement. Ingredients of casein binder suggested by the University of Wisconsin, which is called a standard casein recipe, was also prepared. This study tried 6 different types of casein binder recipe. Among them, one with 30% hydroxide calcium increase and 50% hydroxide sodium decrease compared with the standard casein was most effective. Based on the most effective casein recipe, cemented sand with 1-4% of casein ratio was prepared and tested. The unconfined compressive strength and durability index were 6,253kPa and 92% for the specimen with 4% of casein ratio and 1,500kPa and 62% for the one with 8% of cement ratio. Therefore, casein cemented sand showed better performance. In addition, over 3% of casein cemented sand had over 80% durability index.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.2C
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pp.51-58
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2009
In this study, the small strain shear moduli ($G_{max}$) of uncemented and gypsum-cemented sands are evaluated by performing a series of bender element tests on the specimens reconstituted in the calibration chamber. It is observed from the experimental results that $G_{max}$ of crushed-sands is about 35~50% smaller than that of natural sands. The increase in gypsum content is observed to result in an exponential increase of $G_{max}$ value. It is also shown that the relative density has more significant effect on $G_{max}$ of cemented sand, whereas the vertical effective stress has more significant influence on $G_{max}$ of uncemented one. A prediction equation for cemented sand is expressed as a function of gypsum content as well as void ratio and vertical effective stress.
In this study, the relations of cone tip resistances (qc) and DMT indices of cemented sand are analyzed from a series of calibration chamber tests. The experimental results show that, with increasing the cementation level, three DMT indices also increase. The CPT and DMT do not appear to properly reflect the cementation effect of sand, since the penetration induces the damage of cementation. Nevertheless, the DMT is more sensitive to deformation characteristics of cemented sand than CPT. It is also observed that the $E_D/q_c$ ratio of cemented sand is larger than that of uncemented sand. However, the $K_D-q_c/{\sigma}_v'$ relation is independant of cementation, unlike the result of previous study. In addition, this study evaluates the constrained modulus and cohesion intercept of cemented sand using the relation between cone resistance and dilatometer constrained modulus ($M_D$).
In this study, a blast furnace slag with the alkaliphilic microorganism (Bacillus halodurans) alkaline activator was used to cement natural soils in the field. A low-cost and massive microbial solution for cementation of field soils was produced and compared with existing microbial culture in terms of efficiency. A field soil was prepared for three different cementation areas: a cemented ground with microbial alkaline activator (Microbially-treated soil), a cemented ground with ordinary Portland cement (Cement-treated soil), and untreated ground (Non-treated soil). The testing ground was prepared at a size of 2.6 m in width, 4 m in length, and 0.2 m in depth. After 28 days, a series of unconfined compression tests on the cement-treated and microbially-treated soils were carried out. On the other hand, a torvane test was carried out for non-treated soil. The strength of field soils treated with microorganism was 1/5 times lower than those of cement-treated soil but is 6 times higher than non-treated soil. The pH measured from microbially-treated soil was about 10, which is lower than that of cement-treated soil (pH = 11). Therefore, it is more eco-friendly than Portland cemented soils. The C-S-H hydrates were found in both cement- and microbially-treated soils through SEM-EDS analyses and cement hydrates were also found around soil particles through SEM analysis.
Moon, Hong Duk;Hwang, Keum-Bee;Kim, Tae-hun;Park, Sung-Sik
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.39
no.7
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pp.17-30
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2023
This study investigates the impact of water immersion and high temperature on the shear strength of cemented sand through direct shear tests. Standard Jumunjin sand was used and cemented with binders, such as ultra-rapid hardening cement and an epoxy aqueous solution. The binder was mixed at concentrations of 4%, 8%, or 12%. Subsequently, cylindrical cemented specimens with a diameter of 64 mm and height of 25 mm were produced using compaction. The curing period was three days, and the specimens were cured under dry air, immersion, and heating conditions. The heating condition involved subjecting the immersed specimens to a microwave oven three times for three minutes to achieve an internal temperature of approximately 90℃. Regardless of the binder type, the cohesion of the cemented sand increased with higher binder content, whereas the internal friction angle exhibited a slight increase or decrease. Compared with ultra-rapid hardening cemented sand, epoxy-cemented sand displayed an average cohesion that was five times higher and an internal friction angle that was 10° higher. Overall, irrespective of binder type, the shear strength decreased during water immersion and increased during heating. Notably, the epoxy-cemented sand exhibited a three-fold increase in cohesion and a more than 20° increase in the internal friction angle during heating.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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