Sachverhalt:
A.
Der 1963 geborene A._ meldete sich am 10. April 2006 wegen chronischen analen Schmerzen, partieller Stuhlinkontinenz und Rücken- sowie Halswirbelsäulenschmerzen zum Leistungsbezug bei der Invalidenversicherung an. Nach beruflichen und medizinischen Abklärungen, worunter ein Gutachten des Zentrums für medizinische Begutachtung (ZMB), Basel, vom 3. Januar 2008, verneinte die IV-Stelle des Kantons St. Gallen mit Verfügung vom 20. November 2008 einen Anspruch auf eine Invalidenrente. Mit Entscheid vom 11. August 2010 hiess das Versicherungsgericht des Kantons St. Gallen die hiergegen geführte Beschwerde teilweise gut und wies die Sache in Aufhebung der Verfügung vom 20. November 2008 zur weiteren Abklärung der Verwertbarkeit der gutachterlich festgestellten Restarbeitsfähigkeit im Sinne der Erwägungen und zu neuer Verfügung an die IV-Stelle zurück.
Diese veranlasste u. a. eine berufliche Abklärung bei der Stiftung B._ ab 13. August 2012, die am 7. September 2012 vorzeitig beendet wurde. Weiter holte sie einen Verlaufsbericht vom 31. Januar 2013 und eine ergänzende Stellungnahme vom 23. September 2013 beim Hausarzt Dr. med. C._, FMH Innere Medizin, und einen Bericht vom 24. Mai 2013 und Schreiben vom 14. Juli 2014 beim behandelnden Chirurgen Dr. med. D._, Departementsleiter und Chefarzt Chirurgie, Departement Chirurgie und Orthopädie, Spital E._, ein. Der Regionale Ärztliche Dienst (RAD) nahm hierzu am 4. April und 28. Oktober 2014 Stellung. Mit Verfügung vom 8. Dezember 2014 verneinte die IV-Stelle abermals einen Rentenanspruch.
B.
Die dagegen erhobene Beschwerde wies das Versicherungsgericht des Kantons St. Gallen mit Entscheid vom 6. Oktober 2015 ab.
C.
A._ lässt mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten beantragen, unter Aufhebung des Entscheids vom 6. Oktober 2015 sei ihm, ab wann rechtens, spätestens ab 10. April 2006, eine ganze Invalidenrente (zuzüglich Verzugszins) zuzusprechen. Eventualiter sei die Sache an die IV-Stelle, subeventualiter an die Vorinstanz, zurückzuweisen, damit diese zur Arbeitsfähigkeit ein neues interdisziplinäres Gutachten einhole und gegebenenfalls nach Abklärung der Verwertbarkeit der allfälligen Restarbeitsfähigkeit über den Rentenanspruch neu verfüge. Ferner wird um unentgeltliche Rechtspflege ersucht.
Ein Schriftenwechsel wurde nicht durchgeführt.
Erwägungen:
1.
1.1. Mit der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann unter anderem die Verletzung von Bundesrecht gerügt werden (Art. 95 lit. a BGG). Die Feststellung des Sachverhalts kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1 BGG). Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (Art. 105 Abs. 1 BGG). Es kann die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz von Amtes wegen berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 beruht (Art. 105 Abs. 2 BGG).
1.2. Eine Sachverhaltsfeststellung ist nicht schon dann offensichtlich unrichtig, wenn sich Zweifel anmelden, sondern erst, wenn sie eindeutig und augenfällig unzutreffend ist (BGE 132 I 42 E. 3.1 S. 44). Eine offensichtlich unrichtige Sachverhaltsfeststellung weist damit die Tragweite von Willkür auf (BGE 135 II 145 E. 8.1 S. 153; Botschaft des Bundesrates vom 28. Februar 2001 zur Totalrevision der Bundesrechtspflege, BBl 2001 S. 4338; MARKUS SCHOTT, in: Basler Kommentar, Bundesgerichtsgesetz, 2. Aufl. 2011, N. 9 f. zu Art. 97 BGG). Es liegt noch keine offensichtliche Unrichtigkeit vor, nur weil eine andere Lösung ebenfalls in Betracht fällt, selbst wenn diese als die plausiblere erschiene (Urteil 9C_570/2007 vom 5. März 2008 E. 4.2). Eine Sachverhaltsfeststellung ist etwa dann offensichtlich unrichtig, wenn das kantonale Gericht den Sinn und die Tragweite eines Beweismittels offensichtlich falsch eingeschätzt, ohne sachlichen Grund ein wichtiges und für den Ausgang des Verfahrens entscheidendes Beweismittel nicht beachtet oder aus den abgenommenen Beweisen unhaltbare Schlüsse gezogen hat (BGE 129 I 8 E. 2.1 S. 9; Urteile 9C_394/2015 vom 27. Oktober 2015 E. 1.2; 9C_851/2012 vom 5. März 2013 E. 2.3.2).
2.
Die Vorinstanz hat die Bestimmungen und Grundsätze über die Begriffe der Invalidität (Art. 8 Abs. 1 ATSG) und der Erwerbsunfähigkeit (Art. 7 Abs. 1 ATSG), den Anspruch auf eine Invalidenrente (Art. 28 Abs. 2 IVG), die allgemeine Methode des Einkommensvergleichs zur Ermittlung des Invaliditätsgrades (Art. 16 ATSG), einschliesslich der Begriffe des Validen- und Invalideneinkommens (BGE 135 V 297 E. 5.1 und 5.2 S. 300), sowie die Aufgabe des Arztes bei der Ermittlung des Invaliditätsgrades (BGE 140 V 193 E. 3.2 S. 195, 132 V 93 E. 4 S. 99) und die Anforderungen an ärztliche Berichte (BGE 134 V 231 E. 5.1 S. 232; 125 V 351 E. 3a S. 352 mit Hinweis) zutreffend dargelegt.
3.
3.1. Gestützt auf das ZMB-Gutachten vom 3. Januar 2008 sowie die übrige medizinische Aktenlage stellte die Vorinstanz fest, der Gesundheitszustand habe sich mit dem RAD seit der Begutachtung nicht massgeblich verschlechtert. Es liege gestützt auf die Angaben der Dres. med. C._ und F._ hinsichtlich der perianalen Beschwerden vielmehr eine bis zu einem gewissen Grad beruhigte Situation vor. Die Auswirkungen der bestehenden Darmproblematik bezüglich den Arbeitsplatzanforderungen hätten sich seit dem ersten kantonalen Entscheid vom 11. August 2010 daher stabilisiert, weshalb die im beweiskräftigen ZMB-Gutachten umschriebene Restarbeitsfähigkeit weiterhin Entscheidgrundlage bilden könne. Der Versicherte sei demnach im Umfang von 75 % in einer leidensadaptierten Tätigkeit arbeitsfähig; rund zwei Stunden pro Arbeitstag seien ihm für zusätzliche Toilettengänge zuzugestehen. Zumutbar sei eine vollzeitliche Tätigkeit mit vermehrten Pausen, körperlich leichten Arbeiten, ohne Überkopf- und Überschultertätigkeiten, ohne regelmässige Rotationen und ohne fixierte Haltung der Hals- und Lendenwirbelsäule. System- und maschinengebundene Arbeiten - und damit die üblicherweise für männliche Hilfsarbeiter zumutbare Bedienung von Maschinen und Kontrolltätigkeiten sowie Sortier-, Prüf- und Verpackungsarbeiten - seien nicht geeignet. Einfache Montagearbeiten, wie während der beruflichen Abklärung durchgeführt, seien hingegen zumutbar. Aufgrund der neuen Berichte sei daher eine Verwertbarkeit des Leistungsvermögens auf dem allgemeinen Arbeitsmarkt anzunehmen.
3.2. Weiter bestätigte die Vorinstanz mit Blick auf das im Gesundheitsfall hypothetisch erzielbare Valideneinkommen den von der IV-Stelle ermittelten Wert von Fr. 56'369.- für das Jahr 2008 und stellte dabei auf den zuletzt als Hilfsarbeiter/Maschinist (im Jahr 2005) tatsächlich erzielten Verdienst ab. Sie führte aus, dass sich selbst bei Zugrundelegung des vom Beschwerdeführer beantragten höheren hypothetischen Verdienstes von Fr. 57'760.-, bei einem Invalideneinkommenkommen von Fr. 42'277.-, kein rentenbegründender Invaliditätsgrad ergäbe. Das kantonale Gericht beanstandete ferner nicht, dass die IV-Stelle auch das Invalideneinkommen bei einer Arbeitsfähigkeit von 75 %, auf der Basis der bisherigen Tätigkeit mittels Prozentvergleich berechnete, da, aufgrund des unterdurchschnittlichen tatsächlichen Verdienstes als Gesunder, selbst bei einer Parallelisierung der Vergleichseinkommen durch Abstellen auf Seiten des Valideneinkommens auf die statistischen Werte (vgl. dazu BGE 141 V 1 E. 5.4 S. 3), lediglich ein Invaliditätsgrad von 21 % resultiere.
3.3. In der Beschwerde wird nichts vorgebracht, was den vorinstanzlichen Schluss auf eine seit August 2010 weiterhin bestehende, aber stabilisierte Darmproblematik in tatsächlicher Hinsicht als offensichtlich unrichtig oder rechtsverletzend erscheinen liesse (vgl. E. 1). Das Gericht hat nachvollziehbar und einleuchtend dargelegt, weshalb die Zumutbarkeitsbeurteilung in der Expertise des ZMB vom 3. Januar 2008 nach wie vor der Rentenbemessung zugrundegelegt werden kann und sich nichts anderes aus den Berichten des Dr. med. D._ ergibt, welcher im Bericht vom 24. Mai 2013 (Eingangsdatum) von einer um 50 % eingeschränkten angestammten Tätigkeit auf dem Bau ausging und keine Angaben zu einer Arbeitsfähigkeit für leidensadaptierte Tätigkeiten machte, worauf auch der RAD-Arzt Dr. med. G._ am 3. Juni 2013 hinwies. Im Verlaufsbericht vom 15. Januar 2014 (Eingangsdatum) hielt Dr. med. D._ in knapper Form einzig fest, dass die Schmerzen im Afterbereich die Arbeitsfähigkeit beeinflussen würden und das der Verlauf bei unregelmässigen Beschwerden stationär sei. Im Bericht vom 14. Juli 2014 nahm er ergänzend Stellung und führte an, anlässlich der letzten Kontrolle am 9. Januar 2014 seien die Schmerzen deutlich besser geworden, weitere Kontrollen seien keine vorgesehen. Eine Arbeitsunfähigkeit attestiere er nicht. Ein gleiches Bild ergibt sich aus den Darlegungen des Hausarztes Dr. med. C._ vom 23. September 2013, der die Analproblematik bei den letzten zwei Konsultationen des Versicherten nicht mehr im Vordergrund stehend sah. Nach dem Gesagten beruhen die vorinstanzlichen Feststellungen betreffend die Arbeitsfähigkeit (E. 2) nicht auf einer Rechtsverletzung. Sie bleiben für das Bundesgericht verbindlich (E. 1).
3.4. In erwerblicher Hinsicht bestreitet der Beschwerdeführer sodann die arbeitsmarktliche Verwertbarkeit der verbleibenden Arbeitsfähigkeit (im Einzelnen dazu SVR 2008 IV Nr. 62 S. 203, 9C_830/2007). Zwar sind die ausgewiesenen Einschränkungen des Beschwerdeführers (vgl. E. 3.1.1) nicht unerheblich, doch kann nicht gesagt werden, dass die zumutbare Tätigkeit nurmehr in so eingeschränkter Form möglich ist, dass sie der ausgeglichene Arbeitsmarkt praktisch nicht kennt oder sie nur unter nicht realistischem Entgegenkommen eines durchschnittlichen Arbeitgebers möglich wäre und das Finden einer entsprechenden Stelle daher von vornherein als ausgeschlossen erscheint. Das kantonale Gericht begründete eingehend, weshalb es eine verwertbare Restarbeitsfähigkeit auf dem ausgeglichenen Arbeitsmarkt (Art. 16 ATSG; BGE 134 V 64 E. 4.2.1 S. 70 f.; 110 V 273 E. 4b S. 276; ZAK 1991 S. 318 E. 3b) gestützt auf die seit dem vorinstanzlichen Entscheid vom 11. August 2010 eingegangenen medizinischen Akten und den Arbeitseinsatz in der Stiftung B._, bei welchem der Versicherte in qualitativer Hinsicht, beispielsweise bei leichten Montagearbeiten, gute Resultate erzielte, nicht mehr in Frage stellte. Dabei stützte es sich - entgegen den Behauptungen in der Beschwerde - gerade nicht nur auf die Ausführungen der Stiftung B._ im Schlussbericht vom 16. Oktober 2012, sondern berücksichtigte auch die Berichte der Dres. med. C._ und F._. Es führte zutreffend aus, dass von einem genügend grossen Spektrum an leichten Verweisungstätigkeiten trotz der gesundheitlichen Einschränkungen auszugehen ist. Es hat dabei auch den Umstand, dass aufgrund der Darmproblematik die Möglichkeit bestehen muss, den Arbeitsprozess jederzeit unterbrechen zu können, in die Beurteilung miteinbezogen und dementsprechend Maschinenbedienungs- und Kontrollfunktionen sowie Sortier-, Prüf- und Verpackungsarbeiten als grundsätzlich nicht geeignet angesehen. Bei der gegebenen Aktenlage stellt der Verzicht auf zusätzliche Abklärungen hierzu auch keine Verletzung des Untersuchungsgrundsatzes (Art. 61 lit. c ATSG) dar (antizipierende Beweiswürdigung; BGE 136 I 229 E. 5.3 S. 236; 134 I 140 E. 5.3 S. 148; 124 V 90 E. 4b S. 94). Wenn das kantonale Gericht die Verwertbarkeit der verbleibenden Arbeitsfähigkeit auf dem hypothetischen ausgeglichenen Arbeitsmarkt bejahte, erweist sich dies mithin nicht als bundesrechtswidrig.
3.5. Da der Beschwerdeführer in einer angepassten Tätigkeit grundsätzlich ganztägig arbeitsfähig ist und dem Bedarf an vermehrten Pausen mit einer auf 75 % reduzierten Leistungsfähigkeit Rechnung getragen wurde, ist es nicht zu beanstanden, wenn das kantonale Gericht hinsichtlich der erwerblichen Auswirkungen des Gesundheitsschadens keinen Tabellenlohnabzug wegen Teilzeittätigkeit vornahm (SVR 2014 IV Nr. 37 S. 130 E. 9; 8C_7/2014). Es führte ferner korrekt aus, dass selbst bei Berücksichtigung eines 10 %-igen Abzugs vom Tabellenlohn ein rentenausschliessender Invaliditätsgrad von 29 % resultieren würde. Soweit der Beschwerdeführer bezüglich des zumutbaren Leistungsprofils aufgrund der Darmproblematik und den zusätzlichen Limitierungen hinsichtlich des Bewegungsapparates einen maximalen leidensbedingten Abzug von 25 % fordert, ist dies nicht stichhaltig begründet. Wenn überhaupt, käme hier aufgrund der - nebst der bereits mit der reduzierten Leistungsfähigkeit von 75 % berücksichtigten Darmproblematik - weiteren gesundheitlichen Einschränkungen jedenfalls kein leidensbedingter Abzug im Maximalwert von 25 % in Betracht (Invaliditätsgrad diesfalls 41 %), weshalb kein rentenbegründender Invaliditätsgrad vorliegt. Daran änderte sich auch nichts, wenn hinsichtlich des geltend gemachten Rentenbeginns am 10. April 2006 auf die Werte des Jahres 2006 abgestellt würde. Damit hat es beim vorinstanzlichen Entscheid sein Bewenden.
4.
Dem Ausgang des Verfahrens entsprechend hat der Beschwerdeführer die Gerichtskosten zu tragen (Art. 66 Abs. 1 BGG). Seinem Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege kann jedoch entsprochen werden (Art. 64 BGG). Er hat der Bundesgerichtskasse Ersatz zu leisten, wenn er später dazu in der Lage ist (Art. 64 Abs. 4 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.
Die Beschwerde wird abgewiesen.
2.
Dem Beschwerdeführer wird die unentgeltliche Rechtspflege gewährt und Rechtsanwältin Denise Wüst wird als unentgeltliche Anwältin bestellt.
3.
Die Gerichtskosten von Fr. 800.- werden dem Beschwerdeführer auferlegt, indes vorläufig auf die Bundesgerichtskasse genommen.
4.
Der Rechtsvertreterin des Beschwerdeführers wird aus der Bundesgerichtskasse eine Entschädigung von Fr. 2800.- ausgerichtet.
5.
Dieses Urteil wird den Parteien, dem Versicherungsgericht des Kantons St. Gallen und dem Bundesamt für Sozialversicherungen schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 19. Januar 2016
Im Namen der I. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Maillard
Die Gerichtsschreiberin: Polla