Determination of anisotropy of reinforced concretes by using resistivity method

Abstract

Anisotropy is the change of material properties depending on direction. Determining the degree of anisotropy in concrete is important in terms of revealing the concrete properties and quality. For this purpose, it can be utilized from the resistivity method which is one of the non-destructive geophysical methods. In this study, the determination of the direction-dependence of the resistivity measurements on reinforced concrete was investigated with respect to time, curing conditions, concrete strength and reinforcement diameter. For this purpose, the study was carried out on 3 concrete designs with low, medium and high strength characteristics. Each design is designed to have a 10, 14 or 20 mm diameter and approximately 250 mm length of reinforcement in the middle of 18 cube samples of 150 mm in sizes. Half of the 162 specimens were subjected to water curing and the other half to air curing for 90 days. At each surface of the reinforced concrete with different strengths in certain time periods, a total of 8 resistivity values were determined from 4 surfaces with two measures perpendicular to each other. Thus, anisotropy can be revealed as depend on filling with water or air of the pores of the concrete. When anisotropy can be determined by means of resistivity method in air saturated concrete, the anisotropy of the same concrete in water has not been revealed. As a result, it is understood that the saturation type of concrete pores affects the determination of anisotropy by the resistivity method.

Keywords

• Anisotropy,Concrete,Reinforcement,Resistivity method,Non-Destructive geophysical method

Özdirenç yöntemi kullanılarak donatılı betonların anizotropisinin belirlenmesi

Öz

Anizotropi, malzeme özelliklerinin yöne bağlı değişmesidir. Betondaki anizotropi derecesinin belirlenmesi beton özelliklerinin ve kalitesinin ortaya konulabilmesi açısından önemlidir. Bu amaçla tahribatsız jeofizik yöntemlerden olan özdirenç yönteminden yararlanılabilir. Yapılan çalışmada donatılı beton üzerindeki özdirenç ölçümlerinin yöne bağımlılığının zamana, kür koşullarına, beton dayanımına ve donatı çapına bağlı değişimi araştırılmıştır. Bu amaçla, çalışma düşük, orta ve yüksek dayanım özelliklerine sahip 3 beton tasarım üzerinde gerçekleştirilmiştir. Her tasarım 150mm ebatlarında 18’er adet küp numunenin tam ortasında bir adet 10, 14 veya 20 mm çapında ve yaklaşık 250 mm uzunluğunda donatı bulunduracak şekilde hazırlanmıştır. Toplamda 162 numunenin yarısı 90 gün süreyle su kürüne, diğer yarısı da hava kürüne tabi tutulmuştur. Belirli zaman dilimlerinde mukavemetleri farklı olan donatılı betonların her yüzeyinde özdirenç cihazı ile birbirine dik iki ölçü olmak üzere 4 yüzeyde toplam 8 özdirenç değeri belirlenmiştir. Böylece betonun gözeneklerinin su ya da hava dolu olmasına bağlı olarak anizotropi ortaya konulabilir. Özdirenç yöntemi ile havaya doygun betonlarda anizotropi belirlenebilirken aynı betonun suya doygun halinde anizotropi ortaya konulamamıştır. Sonuç olarak beton gözeneklerinin doygunluk türünün özdirenç yöntemi ile anizotropinin belirlenmesini etkilediği anlaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Anizotropi,Beton,Donatı,Özdirenç yöntemi,Tahribatsız jeofizik yöntem

References

1. Winterstein DF. “Velocity anisotropy terminology for geophysicists”. Geophysics, 55(8), 1070-1088, 1990.
2. Thompson TA, Evans B. “Stress-induced anisotropy: the effects of stress on seismic wave propagation”. Exploration Geophysics, 31(3), 509-514, 2018.
3. Uyanık O, Sabbağ N, Çatlıoğlu B, Uyanık NA, Öncü Z. “Sismik ultrasonik hızlardan kayaçların kırıklılık ve fissür indekslerinin belirlenmesi”. 1. Yerbilimleri Sempozyumu Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, Türkiye, 18-20 Ekim 2012a.
4. Uyanık O, Kaptan K, Gülay FG, Tezcan S. “Beton dayanımının tahribatsız ultrasonik yöntemle tayini”. Yapı Dünyası, 184, 55-58, 2011.
5. Uyanık, O. “Sismik hızlardan beton dayanımının belirlenmesi”. Jeofizik Bülteni. 23, 25-30, 2012.
6. Sabbağ N, Uyanık O. “Time-dependent change of seismic velocities on low-strength concrete”. The Online Journal of Science and Technology, 6(4), 49-57, 2016a.
7. Sabbağ N, Uyanık O. “Prediction of reinforced concrete strength by ultrasonic velocities”. Journal of Applied Geophysics, 141, 13–23, 2017.
8. Sabbağ N, Uyanık O. “Determination of the reinforced concrete strength by apparent resistivity depending on the curing conditions”. Journal of Applied Geophysics, 155, 13–25, 2018a.

9. Sabbağ N, Uyanık O. “Determination of reinforced dry concrete strength by electrical resistivity method”. Pamukkale Universitesi Muhendislik Bilimleri Dergisi, 24(6), 1230-1236, 2018b.
10. Kurtuluş C, Çiçek S, Irmak TS. “Experimental study on compressive strength, ultrasonic pulse velocity and water content of concrete at early ages after a 28. day curing period”. Eastern Anatolian Journal of Science, 6(2), 31-39, 2018.
11. Uyanık O, Çatlıoğlu B, Uyanık NA, Öncü Z, Sabbağ N. “Kentsel dönüşüm projelerinde betonarme yapıların beton kalitesinin sismik ultrasonik hızlardan belirlenmesi”. 1. Yerbilimleri Sempozyumu Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, Türkiye, 18-20 Ekim 2012b.
12. Özçelik E, Gelişli K. “Investigation of concrete quality and structure reinforcement conditions in reinforced concrete structures by geophysical methods”. Journal of Applied Earth sciences, 17(1), 1-11, 2018.
13. Sabbağ N, Uyanık O. “Change of electrical resistivity depending on water saturation of the concrete samples”. European Geosciences Union Conference, Vienna, Austria, 17-22 April 2016b.
14. Sabbağ N, Uyanık O. “Relationship between change of water content and electrical resistivity method in the concrete”. International Conference on Engineering and Natural Science, Bosnahersek, Saraybosna, 24-28 May 2016c.
15. Uyanık O, Çatlıoğlu B, Sabbağ N, Öncü Z, Uyanık NA. “Kayaçların fiziksel özellikleri ile sismik ultrasonik hızlar arasındaki ilişkilendirmeler”. 1. Yerbilimleri Sempozyumu Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, Türkiye, 18-20 Ekim 2012c.
16. Sabbağ N, Uyanık O. “Doygun betonların statik ve dinamik elastik parametrelerinin karşılaştırılması”. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18, 1181-1189, 2018c.
17. Ceryan Ş, Tüdeş Ş, Ceryan N, Aydin A. “Kürtün granodiyorit’indeki ayrışmış kaya malzemesinin sınıflandırılmasında ve mühendislik özelliklerinin tahmin edilmesinde elastik dalga hızının kullanılması”. PAU Mühendislik Bilimleri Dergisi, 13(2), 213-322, 2007.
18. Uyanık O, Sabbağ N, Uyanık NA, Öncü Z. “Prediction of mechanical and physical properties of some sedimentary rocks from ultrasonic velocities”. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 78, 6003–6016 2019.
19. Uyanik O, Ulugergerli E. "Quality control of compacted grounds using seismic velocities". Near Surface Geophysics, 6(5), 299-306, 2008.
20. Ulugergerli E, Uyanik O. "Statistical correlations between seismic wave velocities and SPT blow counts and the relative density of soils". Journal of Testing and Evaluation, 35(2), 187-191, 2007.
21. Uyanık NA, Uyanık O, Gür F, Aydın İ. “Natural radioactivity of bricks and brick material in the Salihli-Turgutlu area of Turkey”. Environmental Earth Sciences, 68(2), 499-506, 2013.
22. Uyanık NA, Öncü Z, Uyanik O, Bozcu M, Akkurt İ, Günoğlu K, Yağmurlu F, “Distribution of natural radioactivity from 40K radioelement in volcanics of Sandıklı-Şuhut (Afyonkarahisar) area”. Acta Physica Polonica A, 128 (2-B), 438-440, 2015.
23. Uyanik NA, Öncü Z, Uyanik O, Akkurt İ. “Determination of natural radioactivity from 232Th with gamma-ray spectrometer in Dereköy-Yazır (Southwestern Anatolia)”. Acta Physica Polonica A, 128(2B), 441-442, 2015.
24. Özçep F, Yıldırım E, Aşçı M, Tezel O, Karabulut S. "Correlation between electrical resistivity and soil-water content based artificial intelligent techniques". International Journal of Physical Sciences, 5(1), 47-56, 2010.
25. Özçep F, Zarif H, Aşçı M, Tezel O. "Correlation between electrical resistivity and soil-water content: Istanbul and Golcuk”. International Journal of Physical Sciences, 4(6), 362-365, 2009.
26. Lataste JF, Sirieix C, Breysse D, Frappa M. "Electrical resistivity measurement applied to cracking assessment on reinforced concrete structures in civil engineering". NDT & E International, 36(6), 383-394, 2003.
27. Uyanık O. Klasik ve Jeofizik Yöntemlerle Yapı İncelemeleri (Yapı Jeofiziği). 1. Baskı. Ankara, Türkiye, Türk Mühendis ve Mimar Odaları Birliği Jeofizik Mühendisleri Odası Eğitim Yayınları, 2014.
28. Beres J, Zeyen H, Sénéchal G, Rousset D, Gaffet S. “Seismic anisotropy analysis at the low-noise underground laboratory (LSBB) of Rustrel (France)”. Journal of Applied Geophysics, 94, 59-71, 2013.
29. Lane JW, Haeni FP, Waston WM. “Use of a square-array direct-current resistivity method to detect fractures in crystalline bedrock in New Hampshire”. Ground Water, 33(3), 476-485, 1995.
30. Kaya MA. Restorasyon Amaçlı Jeofizik Çalışmalar. Prof. Dr. Rahmi Pınar Kentleşme ve Yapı İncelemeleri Çalıştayı Kitabı, 1. Baskı. İzmir, Türkiye, TMMOB Jeofizik Mühendisleri Odası İzmir Şubesi Yayını, 28, 61-70, 2017.
31. Kaya MA. Arkeojeofizik Araştırmalar, TMMOB Jeofizik Mühendisleri Odası, Meslek İçi Eğitim ve Belgelendirme Kurs Notları, 2, Ankara, Türkiye, 2007.
32. Akca A, Balkaya Ç, Pülz A, Alanyalı HS, Kaya MA. “Integrated geophysical investigations to reconstruct the archaeological features in the episcopal district of side (Antalya, Southern Turkey)”. Journal of Applied Geophysics, 163, 22-30, 2019.
33. Candansayar ME, Ulugergerli E, Batmunkh D, Tosun S, Gündoğdu B, "Doğru akım özdirenç verilerinin 2B ters çözümü ve iki yönlü gradyen dönüşümü ile arkeolojik yapıların aranması Moğolistan’daki Türk anıtları etrafında yapılan jeofizik çalışmalar". Jeofizik, 15, 105-123, 2001.
34. İlkişik OM, Bayrak M, Başaran S, Ulugergerli E. "Enez Çataltepe Tümülüs’ünde elektromagnetik VLF ve elektrik araştırmalar". Jeofizik, 9, 19-23, 1995.
35. Candansayar ME. Yapı Jeofiziğinde Kullanılan Elektrik ve Elektromanyetik Yöntemler. Jeofizikte Hasarsız Yapı İnceleme Çalıştayı Kitabı, 1 Baskı. Kocaeli, Türkiye, Jeofizik Mühendisleri Odası Kocaeli Şubesi Yayını, 2015.
36. Ferreira RM, Jalali S. “Quality control based on electrical resistivity measurements”. In Proceedings of the European Symposium on Service Life and Service ability of the Concrete Structures, Helsink, Finland, 12-14 June 2006.
37. Simon TK, Vass V. “The electrical resistivity of concrete”. Concrete Structures, 13, 61–64, 2012.
38. Lim DTY, Divsholi BS, Xu D, Teng S. “Evaluation of high performance concrete using electrical resistivity technique”. 36th Conference on Our World in Concrete and Structures, Singapore, 14-16 August 2011.
39. Nuclear Energy Agency Committee on the Safety of Nuclear Installations (NEA/CSNI/R). “Electrochemical Techniques to Detect Corrosion in Concrete Structures in Nuclear Installations”. Organization for Economic Co-operation and Development, Paris, France, Technical Note, 21, 2002.
40. Carino NJ. “Nondestructive techniques to investigate corrosion status in concrete structure”. Journal of Performance of Constructed Facilities, 13(3), 96-106, 1999.
41. Lataste JF. “Electrical resistivity for the evaluation of reinforced concrete structures”. Non-Destructive Testing Methods, in Woodhead Publishing Series in Civil and Structural Engineering, 2, 243-275, 2010.
42. Chouteau M, Beaulieu S. “An investigation on application of the electrical resistivity tomography method to concrete structures”. Second Annual Conference on the Application of Geophysical and NDT Methodologies to Transportation Facilities and Infrastructure, Los Angeles, California, 15-19 April 2002.
43. Lataste JF, Behloul M, Breysse D. “Characterisation of fibres distribution in a steel fibre reinforced concrete with electrical resistivity measurements”. NDT&E International, 41(8), 638-647, 2008.
44. Lataste JF, Sirieix C, Breyse D, Frappa M. “Electrical resistivity measurement applied to cracking assessment on reinforced concrete structures in civil engineering”. NDT & E International, 36(6), 383-394, 2003.
45. Samouëlian A, Cousin I, Tabbagh A. Bruand A, Richard G. “Electrical resistivity survey in soil science: A review”. Soil Tillage Research, 83, 173-193, 2006.
46. Mailler R. “The fundamental equations of electrical prospecting”. Geophysics, 12(4), 637-648, 1974.
47. Sabbağ N. Beton Kalitesinin Jeofizik Yöntemlerle Belirlenmesi. Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, Türkiye, 2016.