The Effect of Reinforcement on Seismic Velocities in Low Strength Reinforced Concrete

Abstract

In field studies conducted to examine the causes of destruction and advanced damage after earthquakes, it has been revealed that one of the main sources of destruction in buildings in all other major earthquakes is the plain (unribbed) reinforcements placed in the reinforced concrete elements in the wrong diameter and number. This situation in the reinforcements affected the concrete strength negatively and caused many structures to collapse or to receive heavy damage. For this purpose, the change caused by the reinforcement in the seismic ultrasonic velocities of the low strength reinforced and unreinforced specimens with different strength properties was examined. In this context, seismic ultrasonic longitudinal-P and transverse-S wave measurements were taken and the results were compared with each other. Then, strength values were determined by applying uniaxial compression test and compared with the results obtained from the seismic ultrasonic velocities. Accordingly, in low-strength concretes, as the reinforcement diameter increases, the concrete strength increases, but the seismic ultrasonic P and S wave velocities decrease due to the decrease in the contact surface between the concrete and the reinforcement.

Keywords

• Concrete
• Reinforcement
• Strength
• Seismic velocities
• Statistical relationships

Düşük Dayanımlı Donatılı Betonlarda Donatının Sismik Hızlara Etkisi

Abstract

Depremlerden sonra meydana gelen yıkım ve ileri derece hasarların nedenlerini incelemek için yapılan saha çalışmalarında, binalardaki yıkımın asıl kaynaklarından birinin betonarme elemanlara yanlış çap ve sayıda yerleştirilen düz (nervürsüz) donatılar olduğu ortaya çıkmıştır. Donatılardaki bu durum beton dayanımını olumsuz yönde etkileyerek çok sayıda yapının yıkılmasına veya ağır hasar almasına sebep olmuştur. Bu amaçla farklı mukavemet özellikleri gösteren düşük dayanımlı donatılı ve donatısız numunelerde, donatının sismik ultrasonik hızlarda neden olduğu değişim irdelenmiştir. Bu kapsamda, sismik ultrasonik boyuna-P ve enine-S dalga ölçüleri alınarak sonuçlar birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra tek eksenli basınç deneyinin uygulanmasıyla dayanım değerleri belirlenerek sismik ultrasonik hızlardan elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Buna göre, düşük dayanımlı betonlarda donatı çapı arttıkça beton dayanımında artış, ancak beton ile donatı arasındaki temas yüzeyinin azalmasına bağlı olarak sismik ultrasonik P ve S dalga hızlarında azalma gözlenmiştir.

Keywords

• Beton
• Donatı çapı
• Dayanım
• Sismik hızlar
• İstatistiksel ilişkiler

References

1. Benaicha M., Jalbaud O., Alaoui A.H., Burtschell Y., 2015. Correlation Between the Mechanical Behavior and The Ultrasonic Velocity of Fiber-Reinforced Concrete, Construction and Building Materials, 101, 702–709.
2. Bungey J.H., 1980. The Validity of Ultrasonic Pulse Velocity Testing In-place Concrete for Strength, N.D.T. International IPC Press, December pp. 296-300.
3. Bungey J.H., 1984. The use of ultrasonics for NDT of concrete, British Journal of NDT 26(5), 366-369.
4. Bungey J.H., Millard S.G., Grantham M.G., 2006. Testing of Concrete on Structures, Taylor and Francis., 4th Edition, 352p. CRC Press, London. eBook ISBN: 9780429190957.
5. Ekin N., 2021a. Concrete Anisotropy Estimated from Ultrasonic Signal Amplitudes, Materials Testing, 63(12), 1164-1173.
6. Ekin N., 2021b. Relationship between Amplitude Anisotropy and Compressive Strength of Reinforced Concrete Depending on Curing Conditions. Indian Journal of Engineering and Materials Sciences, 28(3), 286-299.
7. Ekin N., Uyanik O., 2021a. Comparison of Static and Dynamic Elastic Moduli in Concrete: Effects of Compressive Strength, Curing Conditions and Reinforcement. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Eng., 45, 2327–2343.
8. Ekin N., Uyanik O., 2021b. Anisotropy of Reinforced Concrete from Geophysical Methods. Science of Sintering, 53(3), 323-345.

9. Fodil N., Chemrouk M., Ammar A., 2019. The Influence of Steel Reinforcement on Ultrasonic Pulse Velocity Measurements in Concrete of Different Strength Ranges, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 603, 022049.
10. Gopalaratnam V.S., Abu-Mathkour H.J., 1987. Investigation of Pull Out Characteristics of Steel Fibers from Mortar Matrices, Proceedings, International Symposium on Fiber Reinforced Concrete, 2. 201-2. 211.
11. Hannachi S., Guetteche M.N., 2014. Review of The Ultrasonic Pulse Velocity Evaluating Concrete Compressive Strength on Site. Scientific Cooperationsn International Workshops on Engineering Branches 8-9 August 2014, Koc University, ISTANBUL/TURKEY.
12. İMO, 2020. 30 Ekim 2020 Tarihinde Meydana Gelen İzmir Depremi Raporu, TMMOB İnşaat mühendisleri odası, Erişim adresi: https://imop.imo.org.tr/resimler/dosya_ekler/10bbe21c635d042_ek.pdf
13. İMO, 2023. Deprem raporları (İzmir, Elazığ, Kahramanmaraş), TMMOB İnşaat mühendisleri odası, Erişim adresi: https://www.imo.org.tr
14. Karabulut S., 2019. Non-Destructive Methods for Determining Weathering in Historical Monuments: A Case Study from Merv City, Turkmenistan, Yerbilimleri, 40(2), 210-233.
15. Kencanawati N.N., Anshari A.B., Paedullah A.G., Shigeishi M., 2018. The Study of Ultrasonic Pulse Velocity on Plain and Reinforced Damaged Concrete, MATEC Web of Conferences 195, 02026.
16. Konca C., 2006. Çimento Cinsi, Donatı Çapı ve Tipinin Beton-Donatı Aderansına Etkisi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği ABD, YL Tezi, 53s.
17. Lencis U., Ūdris A., Korjakins A., 2011. Decrease of the Ultrasonic Pulse Velocity in Concrete Caused by Reinforcement, Journal of Materials Science and Engineering A1. 1016-1028.
18. Lotfi H., Moudden A., Faiz B., 2013. Ultrasonic Evaluation of the Depth and the Diameter of the Rods of Reinforced Concrete, International Journal of Mat. Eng., 3(2), 17-27.
19. Malhotra V.M., Carino N.J., 2004. Hand Book on Non-Destructive Testing in Concrete, CRC Press., 2nd Edition,384p, Boca Raton, eBook ISBN: 9780429191213.
20. Öziçer S., Uyanık O., 2017. Beton Dayanımının Yerinde P Dalga Hızından Belirlenmesi ve İzmir Örneği. SDÜ Uluslararası Teknoloji Bilimler Dergisi, 9(1), 1-16.
21. Parihar H.S., Shanker R., Singh V., 2022. Effect of Variation of Steel Reinforcement on Ultrasonic Pulse Velocity Prediction in Concrete Beam, Materials Today: Proceedings, 65, 1486–1490
22. Pucinotti R., Hinterholz L., D’Elia A., Lorenzo R.A.D., 2007. Influence of Steel Reinforcement on Ultrasonic Pulses Velocity, 4th International Conference on NDT.
23. Reufi E., Marku J., Bier T., 2016. Ultrasonic Pulse Velocity Investigation of Polypropylene and Steel Fiber Reinforced Concrete, World Academy of Science, Engineering and Technology, International Journal of Civil and Environmental Eng., 10(3), 332-335.
24. Sabbağ N., 2016. Determination of Concrete Quality by Geophysical Methods. Süleyman Demirel University, Institute of Science and Technology, Department of Geophysics Engineering, PhD thesis, 172p (in Turkish).
25. Sabbağ N., Uyanık O., 2016. Time-Dependent Change of Seismic Velocities on Low Strength Concrete. The Online Journal of Science and Technology, 6(4), 49-57.
26. Sabbağ N., Uyanık O., 2017. Prediction of Reinforced Concrete Strength by Ultrasonic Velocities. Journal of Applied Geophysics, 141, 13–23.
27. Sabbağ N., Uyanık O., 2018. Doygun Betonların Statik ve Dinamik Elastik Parametrelerinin Karşılaştırılması. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18(017201), 1181-1189.
28. Sagar R.V., Dutta M., 2021. Combined Usage of Acoustic Emission Technique and Ultrasonic Pulse Velocity Test to Study Crack Classification in Reinforced Concrete Structures, Nondestructive Testıng and Evaluation, 36(1), 62–96.
29. Shah A.A., Ribakov Y., 2011. Recent trends in steel fibered high-strength concrete, Mater. Des., 32 (8–9), 4122–4151.
30. TBDY, 2018. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Ek Deprem Etkisi Altında Binaların Tasarımı İçin Esaslar, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı Ankara, Erişim adresi: https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2-1.pdf
31. THBB, 2020. Elazığ Depremi İnceleme raporu, Türkiye Hazır Beton Birliği, Erişim adresi: https://www.thbb.org/teknik-bilgiler/deprem-inceleme-raporlari/elazig-depremi/
32. TS 500, 2000. Türk Standartları 500, Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları.
33. TS 708, 2010. Türk Standartları 708, Çelik-Betonarme İçin- Donatı Çeliği Standardı.
34. Uyanık O., 1991. Kaya Mekaniği ve Jeofizik Laboratuar Parametrelerinin İlişkilendirme Açısından Önemi, Dokuz Eylül Üniv. Müh.-Mim. Fak. Jeofizik Müh. Böl., İzmir (Lisans Tezi).
35. Uyanık O., 1999. Kayaçlarda sismik hızlar ve kayma direncinin incelenmesi, 52. Türkiye Jeoloji Kurultayı, 63-70.
36. Uyanık O., 2012. Sismik Hızlardan Beton Dayanımının Belirlenmesi. Jeofizik Bülteni, 23(70), 25-30.
37. Uyanık O., Tezcan S., 2012. Determination of concrete strength by ultrasonic method. Geophysical Bulletin, 41–45.
38. Uyanık O., Çatlıoğlu B., Uyanık N.A., Öncü Z., Sabbağ N., 2012a. Determination of concrete quality of reinforced concrete structures from seismic ultrasonic velocities in urban transformation projects. 1st Earth Sciences Symposium, 18-20.
39. Uyanık O., Çatlıoğlu B., Sabbağ N., Öncü Z., Uyanık N.A., 2012b. Kayaçların Fiziksel Özellikleri ile Sismik Ultrasonik Hιzlar Arasιndaki İlişkilendirmeler. 1. Yerbilimleri Sempozyumu, 165-169.
40. Uyanık O., Gülay F.G., Tezcan S., 2012c. Beton Dayanımının Tahribatsız Ultrasonik Yöntemle Tayini. Hazır Beton Dergisi, 82-85.
41. Uyanık O., Sabbağ N., Uyanık N.A., Öncü Z., 2019. Prediction of Mechanical and Physical Properties of Some Sedimentary Rocks from Ultrasonic Velocities. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 78, 6003-6016.
42. Uyanık O., Şenli G., Çatlıoğlu B., 2013. Binaların Beton Kalitesinin Tahribatsız Jeofizik Yöntemlerle Belirlenmesi, SDÜ Uluslararası Teknoloji Bil. Dergisi, 5(2), 156-165.
43. Xu J., Wei H., 2019. Ultrasonic Testing Analysis of Concrete Structure Based on S Transform, Shock and Vibration, 2019, 2693141.
44. Xu Y., Jin R., 2018. Measurement of Reinforcement Corrosion in Concrete Adopting Ultrasonic Tests and Artificial Neural Network, Const. and Build. Mat., 177, 125-133.
45. Yerlici V., Ozturan T., 2002. Yüksek Dayanımlı Betonlarda Aderans Dayanımı, IMO Teknik Dergi, 171, 2527-2554.