T.C.
SELÇUK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
KONYA BÖLGESĠ’NDEKĠ TARĠHĠ YAPILARDA SIKLIKLA KULLANILAN
SĠLLE TAġI’NIN BAZI MEKANĠK, MĠNEROLOJĠK, JEOKĠMYASAL VE
PUZOLANĠK ÖZELLĠKLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ
Murat SAYDAN YÜKSEK LĠSANS TEZĠ ĠnĢaat Mühendisliği Anabilim Dalı
Ağustos-2015 KONYA Her Hakkı Saklıdır
iv
ÖZET
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
KONYA BÖLGESĠ’NDEKĠ TARĠHĠ YAPILARDA SIKLIKLA KULLANILAN SĠLLE TAġI’NIN BAZI MEKANĠK, MĠNEROLOJĠK, JEOKĠMYASAL VE
PUZOLANĠK ÖZELLĠKLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ
Murat SAYDAN
Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü ĠnĢaat Mühendisliği Anabilim Dalı DanıĢman: Doç. Dr. Ülkü Sultan KESKĠN Yrd. DanıĢman: Yrd. Doç. Dr. Gürsel KANSUN
2015, 109 Sayfa Jüri
DanıĢman: Doç. Dr. Ülkü Sultan KESKĠN Doç. Dr. Hicran AÇIKEL
Yrd. Doç Dr. Arife AKIN
Anadolu coğrafyası binlerce yıldır çok sayıda medeniyete ev sahipliği yapmış kadim bir yerleşim birimidir. Anadolu‟nun tam merkezinde yer alan Konya ise, Hititlerden Frigyalılara, Rumlardan Türklere kadar birçok medeniyetin kendisine miras bıraktığı çok sayıda tarihi eseri bünyesinde barındırmaktadır. Bu eserlerde ve yapılarda kullanılan yapı malzemelerinin özelliklerinin iyi bilinmesi, geçmişin izlerini taşıyan bu mirasın geleceğe güvenle aktarılabilmesi açısından oldukça önemlidir. Bu tez çalışması kapsamında, Konya Bölgesi‟ndeki tarihi yapılarda sıklıkla kullanılan Sille Taşı‟nın, mekanik, minerolojik, jeokimyasal ve puzolanik özellikleri araştırılmıştır. Çalışma kapsamında, Konya‟nın batısında yer alan Sille Bölgesi‟ndeki volkanik lav ve tüflerden çok sayıda örnek alınmıştır. Böylece, bölgeden çıkarılan ve yörede Sille Taşı olarak bilinen Sulutas volkanitlerinin birçok farklı türü olduğu petrografik ve jeokimyasal analizlerle anlaşılmıştır. Tüm bu jeokimyasal ve petrografik açıdan farklı özellikler sergileyen lav örnekler üzerinde, ASTM ve TS standartlarına uygun olarak, ayrı ayrı mekanik deneyler yapılmış ve numunelerin mekanik açıdan da oldukça farklı özellikler sergileyebildikleri görülmüştür. Ayrıca, bölgedeki 3 ayrı birimden alınan tüf örnekler üzerinde ASTM ve TS standartlarına göre puzolanik aktivite deneyleri yapılmış ve tüflerin bu standartlara göre puzolanik özellik gösterdikleri görülmüştür. Puzolanik özellik gösteren bu tüflerle ilgili yapılan çalışmaların, Bölgedeki tarihi harçlarla ilgili yapılan çalışmalara, lavlarla ilgili yapılan araştırmaların ise Bölgede bu taşlarla yapılmış tarihi yapıların daha akılcı bir şekilde restorasyonu ve yenilenmesi ile ilgili çalışmalara ışık tutacağı düşünülmektedir.
Anahtar Kelimeler: donma-çözülme, kaya mekaniği, puzolan, Sulutas, Sille Taşı, tarihi yapılar, tüf.
v
ABSTRACT
MS THESIS
DETERMINATION OF SOME MECHANICAL, MINERALOGICAL, GEO - CHEMICAL AND POZZOLANIC PROPERTIES OF SILLE ROCKS USED IN
HISTORICAL BUILDING IN KONYA REGION Murat SAYDAN
THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELÇUK UNIVERSITY
THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE IN CIVIL ENGINEERING
Advisor: Assoc. Prof. Dr. Ülkü Sultan KESKĠN Co. Advisor: Assist. Prof. Dr. Gürsel KANSUN
2015, 109 Pages Jury
Advisor: Assoc. Prof. Dr. Ülkü Sultan KESKĠN Assoc. Prof. Dr. Hicran AÇIKEL
Assist. Prof. Dr. Arife AKIN
Anatolian geography is a residential area which has hosted many civilizations for decades. Konya is located center of Anatolia which has contains a large number of historical artifacts from the Hittites, the Phrygians, the Turks, the Greeks etc. Knowing the characteristics of building materials used in this artifacts and constructions have great importance because of conveying cultural heritage of artifacts to the future in confidence. In this thesis study, it was investigated that mechanical, mineralogical, geochemical and puzzolanic properties of Sille Stone which has frequently used in historical buildings in the Konya Region. In the scope of the study it was taken many samples from volcanic lavas and tuffs in Sille Region which has located in the west of Konya. It was understood from the petrographic and geochemical analyzes that there are many different types of Sulutas volcanites which has been gathered from the region and known as Sille Stones in the region. Some mechanical test standardized by ASTM and TSE regulations code were conducted on lava samples has different the geochemical and petrographic characteristics. Additional the mechanical tests, pozzolonic activate experiments conducted on three tuffs specimen collected from Sille Region and tuff specimens show pozzolonic activities according to ASTM and TSE codes. Studies on pozzolonic tuffs and lavas will provide further information for restoration and renovation of historical constructions made by Sille Stone in the region.
Keywords: freze-thawing, rock mechanics, puzzolan, Sulutas, Sille Stones, historical buildings, tuff
vi
ÖNSÖZ
Tez çalışmamın her aşamasında yardımlarını esirgemeyen, çalışmanın her aşamasında bilgi ve tecrübesi ile bana yol gösteren, tez danışmanım, İnşaat Mühendisliği Yapı Malzemeleri Bilim Dalı Başkanı Doç Dr. Ülkü Sultan KESKİN‟e, çalışmama büyük katkıları olan ve çok disiplinli bu çalışmamda bana yol gösteren Jeoloji Mühendisliği Öğretim Üyelerinden, yardımcı danışmanım, Yrd. Doç. Dr. Gürsel KANSUN‟a şükran ve teşekkürlerimi sunarım.
Ayrıca çalışma sürecimde bana her türlü yardımı esirgemeyen Arş. Gör. İsmail İNCE‟ye ve Arş. Gör. Alptuğ ÜNAL‟a, laboratuvar çalışmalarımda büyük yardımları olan ve her zorda kaldığımda yardımıma koşan teknisyen Yüksel ÇİFTÇİ‟ye ve teknisyen İbrahim KÜÇÜK‟e, bilgi ve desteklerini esirgemeyen tüm Jeoloji Mühendisliği Bölümü asistanlarına, İnşaat Mühendisliği Bölümü hocalarına ve asistanlarına çok teşekkür ederim.
Çalışmam boyunca, benden desteklerini esirgemeyen, çalışmalarım süresince yanımda olan başta eşim olmak üzere tüm aileme de şükranlarımı sunarım.
Murat SAYDAN KONYA-2015
vii ĠÇĠNDEKĠLER ÖZET ... iv ABSTRACT ...v ÖNSÖZ ... vi ĠÇĠNDEKĠLER ... vii SĠMGELER VE KISALTMALAR ... iv 1. GĠRĠġ ...1
1.1. Konya ve Çevresinin Tarihi Gelişimi ...4
1.2. Sille‟nin Tarihi ve Bölgede Bulunan Tarihi Yapılar ...6
1.3. Konya ve Çevresinde bulunan Sille Taşı ile Yapılmış Yapılar ...7
2. KAYNAK ARAġTIRMASI ... 10
2.1. İnceleme Alanı ile İlgili Yapılan Bilimsel Çalışmalar ... 10
2.2. Puzolanlarla İlgili Yapılan Bilimsel Çalışmalar ... 11
2.3. Kayaçlar ile İlgili Yapılan Bilimsel Çalışmalar ... 20
3. MATERYAL VE YÖNTEM ... 25
3.1. Arazi Çalışmaları ... 25
3.2. Laboratuar Çalışmaları... 26
3.2.1. Numune hazırlama ... 26
3.2.1.1. İndeks, mekanik ve termal performans deneyleri için örnek hazırlama. 27 3.2.1.2. Puzolanik aktivite deneyleri için örnek hazırlama ... 28
3.2.1.3 Petrografik analiz için numune hazırlama ... 29
3.2.1.4. Jeo - kimyasal analiz için örnek hazırlama ... 30
3.2.2. Laboratuar deneyleri ... 31
3.2.2.1. Kayaçlarla ilgili yapılan laboratuar çalışmaları ... 31
3.2.2.1.1. Temel fiziksel (indeks) özelliklerin belirlenmesi ... 31
3.2.2.1.1.1. Su içeriği tayini ... 32
3.2.2.1.1.2. Kuru yoğunluk ve kuru birim hacim ağırlık deneyi ... 32
3.2.2.1.1.3. Doygun yoğunluk ve doygun birim hacim ağırlık... 33
3.2.2.1.1.4. Görünür gözeneklilik (porozite) ve boşluk oranı tayini ... 34
3.2.2.1.1.5. Ağırlıkça ve hacimce su emme deneyi ... 35
3.2.2.1.1.6. Kılcal etkiye bağlı su geçirebilme deneyi (Su emme katsayısının bulunması) ... 36
3.2.2.1.2. Mekanik (dayanım) özelliklerin belirlenmesi ... 38
3.2.2.1.2.1. Tek eksenli basınç dayanımı deneyi ... 39
3.2.2.1.2.2. Eğilmede çekme dayanımı deneyi ... 40
3.2.2.1.3. Isı iletim özelliklerinin belirlenmesi ... 41
3.2.2.1.4. Donma – çözülme etkilerine karşı mukavemetin belirlenmesi ... 44
3.2.2.2. Tüflerle (doğal puzolan) ilgili yapılan laboratuar çalışmaları ... 46
viii
3.2.2.2.1.1. Su içeriği tayini ... 46
3.2.2.2.1.2. Yoğunluğun bulunması ... 46
3.2.2.2.1.3. Blaine inceliğinin bulunması ... 47
3.2.2.2.2. Puzolan katkılı harçların basınç ve eğilme dayanımının bulunması ... 49
3.2.2.2.3. Tüflerin puzolanik aktivitelerinin belirlenmesi ... 50
3.2.2.2.3.1. Kireç (CaO) ile puzolanik aktivitenin belirlenmesi (TS 25 (2008) – Ek A) ... 51
3.2.2.2.3.2. Çimento yerine doğal puzolan ikame ederek dayanım aktivite indeksinin belirlenmesi ... 52
3.2.2.3. Kayaçların jeokimyasal ve petrografik özelliklerinin belirlenmesi ... 54
4. ARAġTIRMA SONUÇLARI VE TARTIġMA ... 55
4.1. Jeolojik İncelemeler ... 55
4.1.1. İnceleme alanı ... 55
4.1.2. Stratigrafi ve petrografi ... 56
4.1.2.1. Küçükmuhsine formasyonu (M-Pk) ... 57
4.1.2.2. Sulutas Volkanitleri (M-Psu) ... 62
4.1.3. Yapısal jeoloji ... 67
4.1.4. Petrokimya ... 68
4.2. Kayaçların Fiziksel ve Mekanik Özellikleri ... 72
4.2.1. Temel fiziksel (indeks) özellikler ... 72
4.2.1.1. Su mehtevası ... 72
4.2.1.2. Kuru yoğunluk ve kuru birim hacim ağırlık ... 73
4.2.1.3. Doygun yoğunluk ve doygun birim hacim ağırlık ... 74
4.2.1.4. Görünür gözeneklilik (porozite) ve boşluk oranı ... 75
4.2.1.5. Ağırlıkça ve hacimce su emme değerleri ... 76
4.2.1.6. Kılcal etkiye bağlı su geçirgenliği (Su emme katsayısı) ... 76
4.2.2. Kayaçların dayanım (mekanik) özellikleri ... 82
4.2.2.1. Tek eksenli basınç dayanımları ... 82
4.2.2.1. Eğilmede çekme dayanımları ... 84
4.2.2.2. Isıl iletim özelliklerinin belirlenmesi ... 85
4.2.2.3. Donma Çözülme çevrimi sonucu meydana gelen dayanım kaybı ... 86
4.3. Tüflerle ilgili yapılan araştırmaların sonuçları ... 88
4.3.1. Tüflerin temel fiziksel (indeks) özellikleri ... 88
4.3.1.1. Su muhtevası ... 88
4.3.1.2. Yoğunluk ... 89
4.3.1.3. Blaine incelik modülü ... 89
4.3.2. Tüflerin puzolanik aktiviteleri ... 90
4.3.2.1. TS 25 (2008)‟e göre puzolanik aktivite ... 90
4.3.2.2. ASTM C 618‟e göre Puzolan ikameli harçların eğilme dayanımları ve dayanım aktivite indeksleri ... 90
5. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER ... 94
5.1 Sonuçlar ... 94
5.2 Öneriler ... 97
ix
EKLER ... 104 ÖZGEÇMĠġ... 109
iv
SĠMGELER VE KISALTMALAR
Simgeler
A : Numunenin yüzey alanı (m2
)
Ad : Puzolan katkılı harcın basınç dayanımı (MPa)
Aw : Ağırlıkça su emme (%)
b : Numunenin genişliği (mm)
Bd : Kontrol harcının basınç dayanımı (MPa)
D : karot çapı (mm)
d : Numunenin kalınlığı (mm)
E : Ortalama yüzeysel salım faktörü (0,9) e : Yatağın porozitesi (0,5)
𝐹𝑓 : 40 mm×40 mm×160 mm prizma numunelerin maksimum kırılma yükü (N) 𝐹𝑐 : 40 mm×40 mm×40 mm küp numunelerin maksimum kırılma yükü (N)
𝐹𝑘 : Malzemede meydana gelen dayanım kaybı (%) ℎ𝑟 : Radyasyon katsayısı (W/m2C)
Hw : Hacimce su emme (%)
∆𝑚𝑡𝑓′ : 1440. dakikada regresyon grafiğinden okunan y değeri (gr/cm2) ∆𝑚0′ : Regresyon grafiğinin y eksenini kestiği yerde okunan y değeri (gr/cm2
) K : Isıl iletim katsayısı (W/(m2
C) Kb : Blaine cihazı sabiti (14,633903)
L : Destek mesnetleri arası mesafe (mm) 𝑙 ∶ Mesnet silindirleri arasındaki uzaklık (mm) M : Toplam kütle (gr)
Md : Kuru ağırlık (gr)
Ms : Doygun ağırlığı (gr)
Mw : Numunedeki suyun ağırlığı (gr)
Md : Numunenin kuru ağırlığı (gr)
n : Porozite (gözeneklilik) (%) P : Yenilme anındaki yük (kN) 𝜌 : Puzolanın yoğunluğu (g/cm3
) 𝜌𝑑 : Kuru yoğunluk (gr / cm3)
𝜌𝑤 : Doygun yoğunluk (gr / cm3)
𝜌𝑤𝑎 : suyun yoğunluğu (0,99804 gr/cm3) 𝛾𝑑 : Kuru birim hacim ağırlık (kN / m3) 𝛾𝑤 : Doygun birim hacim ağırlık (kN / m3) 𝑅𝑓 : Eğilme dayanımı (MPa)
𝑅𝑐 : Basınç dayanımı (MPa)
𝑇𝑎 : Ortam sıcaklığı (0C)
𝑇𝑚: Radyant ortalama mutlak sıcaklık (0C)
𝑇𝑟′ : Deney numunesinde görülen ortalama radyant sıcaklık (0
C) 𝑇𝑠 : Deney numunesinin yüzey sıcaklığı (0C)
t : ölçülen süre (sn)
𝑡𝑓 : t zamanının karekökü (dk1/2)
V : Numunenin hacmi (cm3) Vv : Boşlukların Hacmi (cm3)
v
Ww : Kılcal etkiye bağlı su emme katsayısı (g/(cm2 𝑡𝑓))
W : maksimum yük (N)
𝜎 : Stefan Boltzman sabiti (5,67 x 10-8 W/(m2
C4) 𝜎𝑐 : Tek eksenli basınç dayanımı (Mpa)
𝜎𝑐(42) : 42 mm çapındaki karot için eşdeğer tek eksenli basınç dayanımı (MPa)
𝜎𝐷Ç : Donma – çözülme etkisine maruz kalmış numunenin tek eksenli basınç dayanımı (MPa)
𝜏 : Eğilmede çekme dayanımı (MPa)
𝜑
𝐴 : Birim alandan yüzeye geçen ısı akışı (W/m 2
)
𝜂 : Deney sıcaklığında havanın viskozitesi (20 0C için 1,839×10-5
Pa.sn)
Kısaltmalar
ASTM : Amerikan Malzeme Standartları Birliği CEN: Avrupa Malzeme Belgeleme Kuruluşu EN: Avrupa Standartları
1. GĠRĠġ
Mimarlık ve sanat tarihi aynı zamanda doğal taşların kullanım tarihidir (Farrelly 2007). Doğal yapı taşları üzerinde araştırmalar yapmak, dünya üzerinde binlerce yıldır yaşamış, bazıları kaybolup gitmiş, bazıları ise tarihi süreç içerisinde kültürlerinde, dinlerinde, alışkanlıklarında değişikliğe uğramış yüzlerce farklı medeniyetin, toplumun, hatta kabilenin halen günümüzde biliniyor olmasını sağlamıştır. İşte tam bu yüzden doğal yapı taşlarına “insanlığın ortak mirası” demek hiç de abartılı bir ifade olmayacaktır.
Doğal yapı taşları, teknolojik malzemelerinin henüz keşfedilmediği dönemlerde insanların kullandığı en dayanıklı malzemelerdir. İnsanoğlunun Paleontolojik Çağ‟dan (yaklaşık 2.5 milyon yıl önce) beri dünya üzerinde olduğu kabul edilirse, taşların kullanımı da bu kadar eskiye dayanmaktadır. Ancak, ilk insanlar taşları, bir malzeme olarak kullanıp yapılar inşa etmekten daha çok, doğa üzerinde doğal etkilerle oluşmuş mağara gibi yapıları barınma amacı ile kullanmışlardır. Özellikle Neolitik Çağ ile birlikte insanoğlu, artan nüfus ve göçler sebebiyle yapı malzemeleri üretip kullanmaya başlamışlardır. Bilinen en eski yerleşim birimlerinden biri olan Çatalhöyük‟te bulunan güneşte kurutulmuş kerpiç bloklar insanoğlunun Neolitik Çağ‟dan itibaren yapı malzemeleri ürettiğini bize göstermektedir (Akman 2003).
İnsanların, ihtiyaçları için yapılar inşa etmeye başlaması, inşaat teknikleri geliştirmelerine yardımcı olmuştur. Farklı inşaat teknikleri de doğal olarak, farklı malzeme ihtiyaçlarını gerektirmiştir. İnsanlar önceleri önemi olan bir yapı inşa ederlerken, bir kaya bloğunu yukarıdan aşağıya oyarak inşa etmekte idiler. Ancak bu, kayanın türüne göre hem çok zahmetli olabilmekte, hem de yıllarca sürebilmekteydi. Taş işçiliğinin gelişmesi ve kerpicin bulunmasından sonra ise, bloklar halinde elde edilen malzemeler, istenilen yere taşınıp, bir yapı elemanı olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bir yapı inşası için küçük yapı taşları kullanmak ise, taşları birleştirmek için ekstra bir bağlayıcı malzeme gereksinimini ortaya koymuştur.
Doğal taş ve kerpiç tuğla için önceleri sadece çamur harçlar birleştirici malzeme olarak kullanılmaktaydı. Ancak, daha sonraları alçı adı verilen ve alçıtaşından üretilen bir bağlayıcı malzeme eski Mısır‟da birçok yapıda kullanılmıştır (Akman 2003). Alçı ve topraktan başka, bilinen en eski bağlayıcılardan biri de kireçtir. Kireç, kireç taşının yaklaşık 900 0C sıcaklıkta yakılmasıyla elde edilir. Daha sonra elde edilen kalsine
olarak uygulandığında havadaki CO2 ile birleşerek karbonatlaşır. Kirecin bu üç
aşamasına kireç döngüsü denir (Carran ve ark 2012);
1. Kalsinasyon: CaCO3 + ısı→CaO + CO2
2. Söndürme: CaO + H2O→Ca(OH)2 + ısı
3. Karbonatlaşma: Ca(OH)2 + CO2 →CaCO3 + H2O
Kireç yaklaşık 600 yıldır günümüzde olduğuna yakın bir biçimde üretilmekte ve badana işlerinden toprak ıslahına kadar birçok amaçla kullanılmaktadır. Ayrıca, Kireç + tuğla kırığı + kil veya kireç + tuğla kırığı ve taş parçaları + puzolan karışımlı harçlar, Roma döneminden çimentonun keşfedilmesine kadar yaygın bir biçimde yapısal harç olarak kullanılmaktaydı.
Uygarlık tarihinde bir malzeme günümüzde sıklıkla kullandığımız çimentonun atası sayılmaktadır. Romalılar, Vezüv yanardağının eteklerindeki Puzzouli Kasabasında bulunan bir toprak türünün kireçle karıştırıldığında hidrolik bağlayıcılık özelliği gösterdiğini keşfetmişlerdir (Bedon 2008). İlk defa Romalı mimar Vitruvius‟un, eserinde bahsettiği bu malzemeye Romalılar “puzolan” ismini vermişlerdir. Puzolanlar günümüzde de halen beton içerisinde mineral katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Puzolanlar, ortamdaki kireç ve su ile reaksiyona girerek, kalsiyum silikat ve aluminatları oluştururlar. Bu da puzolanlı harçlara su içerisinde de priz alabilme özelliği kazandırır.
Doğal puzolanların doğada iki farklı şekilde bulunduğu söylenebilir. Bunlar, volkanik orjinli veya sedimanter kayaçlardır. Volkanik orjinli kayaçlar, volkanik patlamalar sırasında, ani basınç düşüşlerinin sonucu olarak meydana gelir. Yüksek SiO2
içeren malzemelerdir. Volkanik orjinli malzemeler oldukları için aktif volkanizma faaliyetleri göstermiş bölgelerde bulunurlar. Genellikle volkanik patlama öncesi volkan tarafından püskürtülen ve rüzgarların etkisiyle magmatik akıntıdan daha uzak bölgelere taşınabilen volkanik küller ve tüfler puzolanik özellik gösterirler. Puzolanik özellik gösteren sedimanter bir kayaç türü olan diatomlu topraklar ise, silis içeren canlı iskeletlerinin çökelmesiyle oluşmuştur. Yüksek oranda SiO2 içerdiklerinden puzolanik
aktivitelerinin fazla olduğu söylenebilir. Puzolanların sınıflandırılmasıyla ilgili olarak bir şema aşağıda verilmiştir (Massazza 1993) (Şekil 1.1). Ayrıca ısıl işlem uygulanmış killer, demir çelik fabrikalarındaki yüksek fırından çıkan yüksek fırın cürufu,
ferrosilisyum alaşımlarının üretilmesi sonucu oluşan silis dumanı gibi yan ürünlerde yapay puzolanlar olarak adlandırılır ve yüksek puzolanik aktivite gösterirler.
ġekil 1.1. Puzolanların sınıflandırılması (Massazza 1993)
Dünya üzerinde ve ülkemizde bulunan tarihi yapılarda kullanılan yapı malzemelerinin özelliklerinin iyi bilinmesi, geçmişin izlerini taşıyan bu mirasın geleceğe güvenle aktarılabilmesi açısından çok önemlidir. Özellikle Anadolu ve Mezopotamya coğrafyası binlerce yıldır üzerinde, yüzlerce farklı medeniyet ve kültüre ev sahipliği yapmıştır. Bu medeniyetlerin de hepsi bu coğrafya üzerinde irili ufaklı eserler bırakmışlardır. Özellikle Konya ve yine Konya sınırları içerisinde bulunan Çatalhöyük, bilinen en eski yerleşim birimlerindendir. Konya, tarihte birçok büyük medeniyete ev sahipliği yapmış ve Selçuklu Devletleri‟ne de başkentlik yapmış bir il olarak bünyesinde çok sayıda tarihi eser barındırmaktadır.
Tarihi yapılar, üzerlerinden yıllar geçmiş, ekonomik ömrünü çoktan doldurmuş, kendinden sonra yapılan eserlere ilham kaynağı olmuş, üzerinde kendi medeniyetinin ve hatta birkaç medeniyetin birden izlerini taşıyan eserlerdir. Bu tarz yapılara yapılacak müdahalelerin de, hem yapıların hassaslığı hem de kullanılan malzemelerin yorgunluğu göz önüne alındığında, her türlü ekonomik kaygıdan uzak tutulması gereken ve mümkünse birkaç disiplinin birlikte ele almasını gerektiren bir konudur.
Bu tezde, Konya ve çevresindeki tarihi yapılarda sıklıkla yapı malzemesi olarak kullanılmış ve halen bazı yapılarda ve restorasyon işlerinde kullanılan, Konya İli‟nin Sille Yöresi‟nden çıkarılan, bölgede Sille Taşı olarak bilinen Sulutas volkanitleri incelenmiştir. Bu amaçla, bu doğal taşın indeks özellikleri, dayanım özellikleri ve ısıl iletim kapasitesi gibi mekanik özelliklerinin yanı sıra yine bu doğal yapı malzemesinin jeokimyasal ve minerolojik - petrografik özellikleri belirlenmeye çalışılmıştır. Ayrıca, bu yapı malzemesinin beton içerisinde oluşturabileceği bir yararının olup olmadığının görülebilmesi açısından puzolanik aktivitesinin belirlenebilmesi amacıyla puzolanik aktivite deneyleri yapılmıştır.
1.1. Konya ve Çevresinin Tarihi GeliĢimi
Konya, Romalılar‟da Iconium, Bizanslılarda Toxovio, çeşitli haçlı kaynaklarında Conium, Stancona, Çunin, İtalyan sahilnamelerinde Conia olarak bilinen, dünyadaki en eski yerleşim yerlerinden birisidir (Dülgerler 1984). Bilinen en eski yerleşim birimlerinden birisi olan, Neolitik Çağ‟a tekabül eden ve yaklaşık 6500 yıllık bir tarihi olan Çatalhöyük de yine Konya sınırları içerisinde yer almaktadır. Çatalhöyük‟de yapılan kazılar (Şekil 1.2 ve Şekil 1.3) sırasında bulunan bir duvarın üzerinde volkan patlaması tasvirleri gören araştırmacılar, bu tasvirlerin bölge insanının görebileceği bir mesafede bulunan bir volkandan kaynaklanabileceğini tahmin etmişler ve bölgeye 130km mesafede bulunan, yakın bir jeolojik çağda aktivitesini yitiren Hasan Dağı‟nın faaliyetlerini incelemişlerdir. Daha sonra bu volkanizmanın sonucu oluşmuş olan ve yüzeye yakın yerleşen volkanik–andezitik taşlar üzerinde (U-Th)/He zirkon jeokronolojik tarihlendirme yöntemiyle tarihlendirme yapmışlar ve bu kayaçların yaklaşık M.Ö. (6960±640) yıllarında oluştuğunu söylemişlerdir (Schmitt ve ark 2014).
ġekil 1.2. Çatalhöyük kazıları (Flickr)
ġekil 1.3. Çatalhöyük‟de duvar boyamaları (Flickr)
Çatalhöyük‟ten de anlaşılacağı gibi Konya ve çevresi Neolitik Çağ‟dan beri yerleşim bölgesi olarak kullanılmaktadır. M.Ö. 1900 yıllarında kurulan Hitit imparatorluğu Konya ve çevresine hakim olmuştur. Hititlerin dağılmasıyla Frikyalılar, daha sonra Lidyalılar bu bölgede egemenlik kurmuşlardır. M.Ö. 600‟lü yıllarda Pers istilasına uğrayan Konya, 333 yılına kadar Perslere bağlı kalmıştır. Perslerden sonra İskender ve Bergama krallıkları bu coğrafyada hüküm sürmüşlerdir. Hristiyanlıktan sonra havarilerden St. Paul‟un Konya‟ya yerleşmesiyle kentin önemi artmıştır. M.S. 395 yılına gelindiğinde ise Konya, Bizans toprakları içerisine girer. M.S. 7. y.y. başlarında Konya‟ya Müslüman akınları başlamıştır. Arap Müslüman akınlarından bazıları başarılı
olmuş olsa da uzun süreli kalıcılık olmamıştır. 1069 yılında yağma edilen Konya, 1071 Malazgirt zaferinden sonra 1097 yılında Anadolu Selçuklular‟ın başkenti olmuştur. İkinci haçlı seferleri ve Anadolu Selçuklular‟ın yıkılmasından sonra bir kez daha yağmalanan Konya, mimari açıdan en şaşalı dönemini Selçuklular zamanında Alaaddin Keykubad I döneminde yaşamıştır. Selçuklulardan sonra Karamanoğlu Beyliği Konya ve çevresine hakim olmuş daha sonra Moğol istilası yaşanmış ve son olarak 1465 yılında Osmanlıların Konya‟ya hakim olmasıyla bu kargaşa son bulmuştur (Dülgerler 1984).
Konya ve çevresi yukarıda bahsedilen ve bu bölgede yaşamış hemen hemen tüm medeniyetler tarafından yapılan eserleri barındırmaktadır. Bu eserlerden bazılarının kalıntılarını günümüzde görmek mümkün ise de birçok eserin arkeolojik kazılar ile gün yüzüne çıkarılması beklenmektedir. Çatalhöyük ve civarındaki eski yerleşim bölgesi, Hititlerden kalma Ereğli İvriz kabartmaları ve Eflatunpınar Hitit su anıtı, Bizans döneminden kalma Kilise ve Manastırlar, Selçuklular zamanından günümüze kadar ulaşmış bir çok Cami, Medrese ve Türbe, son olarak da Osmanlı Dönemi‟nde yapılan çok sayıda çeşme, Cami, Medrese, Türbe ve Dergah bu eserlerden bazılarıdır.
1.2. Sille’nin Tarihi ve Bölgede Bulunan Tarihi Yapılar
Sille, Konya İli‟nin kuzeyinde yer alan, şehir merkezine 8 km mesafede bulunan ve Romalılar zamanından beri yerleşim birimi olarak kullanılan, şimdilerde Selçuklu Belediyesi‟nin sınırları içerisinde bulunan bir mahalledir. 1924 nüfus mübadelesi öncesi nüfusunun büyük bir çoğunluğunu Hristiyanlar‟ın oluşturduğu bu mahallede Rumlar‟ın izlerini, halen ayakta bulunan ve Sille Taşı‟ndan yapılan evlerinden ve Kiliseler‟den görebilmek mümkündür. Bölgede bulunan volkanik dağların faaliyetleri sonucu oluşmuş andezitik-dasitik bir taş türü olan Sille Taşı Rumlar zamanından beri bilinmekte ve kullanılmaktadır. Özellikle Bizans döneminde, andezitik tüf blokların oyulmasıyla yapılan birçok Kilise ve Manastır, halen varlığını korumaktadır. Bunlardan birisi ve belki de en önemlisi, Ahmed Eflaki‟nin Menakib al–arifin isimli eserinde de geçen, Ak Manastır (Deyr–i Eflatun, Hagios Khariton)‟dır. Hristiyanlar‟ın kutsal saydığı Azizler‟inden birisi olan Aziz Khariton‟un kurduğuna inandıkları bu manastır, bölgeyi Hristiyanlar açısından önemli ve kutsal kabul etmelerine sebep olmuştur (Eyice 1966). Sille Taşı‟na oyularak inşa edilen ve yaklaşık 2000 yıllık bir yapı olan Manastır şimdilerde, Sille ile Sarayköy arasındaki bulunan askeri bölge içerisinde yer aldığından
ve bu bölgeye ziyaretçi alınmadığından Manastır‟ın günümüzdeki durumuna ilişkin elimizde bir bilgi yoktur. Bunlardan başka bölgede Sille Taşı‟ndan inşa edilmiş ve geçtiğimiz yıllarda aslına uygun olarak restore edilen Aya Elena isimli bir Kilise de mevcuttur (Şekil 1.4).
ġekil 1.4. Aya Elena Kilisesi (Flickr)
1.3. Konya ve Çevresinde bulunan Sille TaĢı ile YapılmıĢ Yapılar
Konya ve çevresinde Sille Taşı‟ndan yapılmış çok sayıda Cami, Kilise, çeşme, hamam, eğitim yapısı, ocak ve barınma amaçlı müstakil yapılar mevcuttur. Bunlardan bazıları Ak Manastır, Aya Elena Kilisesi (Şekil 1.4), Augustus Hotel (Şekil 1.5), Amber Reis Camisi (Şekil 1.6.a), Konya Gazi Lisesi (Şekil 1.6.b), Karatay Medresesi, İnce Minare Müzesi, Sille Kaya Kilisesi (Şekil 1.7.a), Saint Paul Kilisesi (Şekil 1.7.b), Selçuk Üniversitesi Rektörlüğü (Şekil 1.8.a), Kadı Mürsel Camisi (Şekil 1.8.b), Hacı Ali Ağa Hamamıdır. Ayrıca Sille Taşı, Konya ve Sille de çok sayıda çeşme (Şekil 1.9), mezar taşı, eski ve yeni ekmek fırınları ve tarihi evlerde kullanılmıştır.
ġekil 1.5. Augustus Oteli (oteliletisim.com)
a) b)
ġekil 1.6. a) Emir Amber Camii b) Konya Gazi Lisesi (Konya B.B. 2010)
a) b)
a) b)
ġekil 1.8. a) Selçuk Üniversitesi Rektörlük Binası (Eski Kız Öğretmen Okulu) b) Kadı Mürsel Camisi (Konya B.B. 2010)
a) b)
ġekil 1.9. a) Bağyolu iki lüleli çeşme b) Kasım Halife Camii çeşmesi (Konya B.B. 2010)
2. KAYNAK ARAġTIRMASI
2.1. Ġnceleme Alanı ile Ġlgili Yapılan Bilimsel ÇalıĢmalar
İnceleme alanı ve yakın civarında, daha önce yapılmış olan çalışmalar kronolojik olarak aşağıda verilmiştir:
Niehoff (1961), bölgenin 1/100000 ölçekli jeoloji haritasını hazırlamış ve bölgenin stratigrafisini ortaya koymuştur. Ayrıca Paleozoyik ile Mesozoyik arasında orojenik bir fazın varlığını belirtmiştir.
Wiesner (1968), Konya kuzeyinde 1/25000 ölçekli jeolojik harita çalışmasında bölgenin ayrıntılı olarak stratigrafisini incelemiştir.
Göğer ve Kıral (1969), bölge genelinde yaygın olarak gözlenen beyazımsı – kül renkli kireçtaşlarının Jura-Kretase, kırmızı renkli kireçtaşı ve ultramafiklerin ise Üst Kretase yaşlı olduklarını belirtmişlerdir. Neojen çökellerinin kireçtaşı, tüf, aglomera ile andezitten oluştuğunu ve bunların birbirleriyle yanal geçişli olabileceğini söylemişlerdir. Araştırmacılar bu Neojen çökellerinin yaşını Miyosen – Pliyosen olarak kabul etmişlerdir. Miyosen – Pliyosen birimlerinin üzerine Kuvaterner çökelleri olan taraça malzemeleri, etek döküntüleri ve alüvyonun geldiğini belirtmişlerdir.
Keller ve ark (1977), Konya çevresindeki volkanitlerin gölsel ve karasal kökenli Miyosen-Pliyosen yaşlı birimlerle yanal geçişli olduğunu K/Ar tayinlerine göre, yöredeki volkanik faaliyetlerin 11,95 ile 3,35 milyon yıl öncesinde olduğunu ve volkanitlerin kalkalkali özellik gösterdiğini belirtmişlerdir.
Görmüş (1984), Kızılören civarında yaptığı Yüksek Lisans tezinde, bölgede Üst Jura- Üst Kretase yaşlı Loras dağı kireçtaşları ile Üst Miyosen – Pliyosen yaşlı Dilekçi formasyonu ve Erenler Dağı volkanitlerinin varlığını ortaya koymuştur.
Eren (1993), Konya kuzeyinde Bozdağlar Masifi‟nde yaptığı çalışmasında bölgenin ayrıntılı stratigrafik, jeolojik ve yapısal gelişimini incelemiştir.
Eren (1996), Konya kuzeyinde Bozdağlar masifinde yapmış olduğu çalışmada bölgenin ayrıntılı stratigrafik ve yapısal jeolojik gelişimini incelemiştir.
Turan ve ark (1997), Konya batısındaki Loras Dağı, Çaldağı ile Güneybatısındaki Hatunsaray arasında kalan alanın jeolojisini incelemişler ve bölgede Geç Permiyen-Kuvaterner aralığında oluşmuş birimlerin yüzeylediği alanları belirlemişlerdir. Bu birimleri otokton, allokton ve Neootokton şeklinde ayırtlayan araştırmacılar, yörede yüzeyleyen ve birbirleriyle uyumlu olan otokton birimleri Hatip
Ofiyolitli karışığı ve Çayırbağı Ofiyoliti şeklinde, Neootokton birimleri ise Dilekçi grubu içerisinde incelemişlerdir.
Özkan (1998), Konya‟nın kuzeybatısı (Sızma) ile batısı (Sille) arasında kalan bölgede gelişen Pliyosen-Kuvaterner yaşlı Topraklı formasyonu alüvyal yelpaze çö-kellerinin sedimantolojik özelliklerini incelemiştir.
2.2. Puzolanlarla Ġlgili Yapılan Bilimsel ÇalıĢmalar
Puzolanlar kendi başlarına bağlayıcılık özellikleri olmayan ancak ince öğütüldüklerinde, ortamdaki su (H2O) ve kalsiyum hidroksit ile (CaOH) tepkimeye
girerek hidrolik bağlayıcı özellikleri gösteren doğal ve yapay malzemelerdir. Puzolan ismi Vezüv Yanardağının eteklerindeki “Puzzuoli” kasabasının isminden alınmıştır.
Puzolanlardan ilk olarak Romalı Mimar Vitruvius Pollio M.Ö. 20-27 yılları arasında yayınlamış olduğu “Mimarlık Üzerine On Kitap” isimli eserinde bahseder. Vitruvius bu eserinde İtalya‟nın Napoli kentinde bulunan Vezüv Yanardağı‟nın eteklerinde doğal sebeplerden oluşmuş tozlarla, kireç, su ve çakılların karıştırılması sonucu elde edilecek bir harcın hem yer üstündeki yapılarda hem de denizin içinde, iskele gibi yapılarda dayanım kazandığını söyler (Aicher 2001). Vitruvius‟un kitabında bahsettiği su içerisinde de dayanım kazanabilen bu harç, aslında Romalıların M.Ö. 300 yıllarından itibaren yapılarında kullandığı bir karışımdır. Romalılar M.Ö. 312‟de yaptıkları Aqua Appia akedükü‟nde, M.Ö. 273 yılında yaptıkları Aqua Anio Venus ve M.Ö. 145 yılında yaptıkları Aqua Marcia isimli akedüklerde de puzolan katkılı bu harcı kullanmışlardır (Malinowski 1979).
Roma İmparatorluğu (M.Ö. 509 - M.Ö. 27) yapılarında puzolanları çok sık kullanırken, imparatorluğun çöküşünden sonra, şaşırtıcı bir şekilde bu malzeme tüm bir Ortaçağ boyunca unutulmuştur. Ancak, 1756 yılına gelindiğinde İngiltere‟nin Cornwall Kontluğu‟nda bulunan Eddystone deniz fenerinin yenileme çalışmaları için İngiliz bir mühendis olan John Smeaton görevlendirilmiş ve bu mühendis su altında da dayanım kazanabilen bir malzeme bulmanın arayışına girmiştir. Bu amaçla bir formül bulabilmek için araştırmalar yapmış ve Antik Latin dökümanlarında puzolanlarla yapılacak böyle bir betonun su altında da dayanım kazandığıyla ilgili bilgilere ulaşmıştır (Strickland 2010).
Puzolanların yapısal harçlarda kullanılması aslında yukarıda sayılan tarihlerden çok daha eskilere dayanmaktadır. Konya Çatalhöyük‟de arkeolojik çalışmalar sırasında bulunan Neolitik Çağa ait evlerin yaklaşık 9500 yıllık olduğu saptanmıştır (Balter 2001). Sadece kil ve kireçten oluşan harçların doğal etkilere karşı çok dayanıklı olmadıkları bilinmektedir. Çatalhöyük‟teki yapıların günümüze kadar ulaşabilmiş olmalarının sebebi yapılarda muhtemelen volkanik kül katkılı harçların kullanılmış olmasıdır (Erdoğan 2010).
Genel olarak bağlayıcılarla ilgili çalışmalar 1800‟lü yıllarda hız kazanmıştır. 1800‟lü yıllara kadar hidrolik kirecin gösterdiği reaksiyon tam olarak bilinmemekle birlikte genel olarak serbest kirecin, agregalardaki demir oksit ve manganez gibi maddelerle etkileşime girdiği düşünülüyordu. Ancak Fransız ordusunda görevli bir asker olan General Treussart 1822 yılında yapmış olduğu bir çalışmada, yaptığı gözlemlerle, o tarihlerde genel olarak kabul edilen görüşün aksine, ne demir oksitin ne de manganezin serbest kireçle bir etkileşime girmediğini, bunun yerine killi topraktaki silika ve aluminanın serbest kireçle reaksiyona girerek dayanım kazandığını söylemiştir. Hatta General sıcak bir hava akımıyla kalsine olmuş bir aluminayla yapılacak harcın daha çabuk sertleştiği ve daha güçlü bir harç oluşturduğunu gözlemlemiştir. Kitabında böyle bir harçla ilgili bir reçete bile vermiş, iyi bir harcın kalsine edilmiş kil ve kirecin çok ince bir şekilde öğütülüp su ve kumla karıştırarak üretilebileceğini söylemiştir (Treussart 1827). General Treussart 1829 yılında da harçlarla ilgili bir kitap yayımlamıştır (Treussart 1829).
Su kireci ve puzolanlarla alakalı çalışmaların arttığı bu dönemde İngiliz duvarcı ustası Joseph Aspdin, kendi mesleğini yürütmenin yanında, bağlayıcı bir malzeme üretmek için de çalışmalar yapmaya başlamıştır. Joseph Aspdin ilk olarak o yıllarda kalkerden yapılmış olan Leeds yollarından geçen demir tekerlekli arabaların yoldan aşındırdığı tozları toplayıp bu taş tozlarını kil ile karıştırmış ve fırında pişirmiştir. 1811 yılında başladığı bu denemelerinin sonunda kalker ve kil karışımının pişirilip sonra tekrar öğütülmesiyle bir bağlayıcı elde etmeyi başarmıştır. Elde ettiği bu bağlayıcıyı bir miktar taş parçası ile karıştırdığında elde ettiği malzemenin Portland Adası‟ndan çıkartılan taşlara benzediğini fark etmiş ve bu bağlayıcıya Portland Çimentosu adını vermiştir. Joseph Aspdin ürettiği bu bağlayıcı ile ilgili 1924 yılında Portland Çimentosu adıyla İngiliz Patent Dairesine başvuruda bulunmuştur (Erdoğan ve Erdoğan 2010).
Joseph Aspdin tarafından günümüz portland çimentosunun bulunmasıyla birlikte,1800‟lü yılların sonlarına doğru hızla çimento fabrikaları kurulmaya başlamıştır
(Şekil 2.1). Çimento fabrikaların sayısının artmasıyla birlikte çimento, dünyada en çok kullanılan yapı malzemesi olmuş ve harç yapımında puzolan ve su kireci kullanımı çok azalmıştır. Puzolanlar, özellikle son yıllarda sadece tarihi yapıların restorasyonu sırasında harç hazırlarken veya çimentonun özelliklerini iyileştirmek için çimento katkı maddesi olarak kullanılmıştır.
a) b)
ġekil 2.1 a) Portland çimentosunun ilk üretildiği yer, b) 1852 yılında kurulan ilk çimento fabrikası (Elliot 1992)
Bilindiği gibi çimento üretimi, çok fazla enerjinin tüketildiği ve sonucunda çevre kirliliği sorunlarına yol açan bir prosesin sonucudur. Yapılan bilimsel birçok çalışmaya göre çimento fabrikalarının oluşturduğu çevre kirliliğinin sonucunda bölgede yaşayan insanların, bronşit, üst solunum yolları rahatsızlıkları, pnömokonyoz, silikosis, akciğer kanseri, artrit, çeşitli deri rahatsızlıkları, egzama vb. hastalıklara yakalanma olasılıklarının yüksek olduğu bilinmektedir (Goldsheyder ve ark 2004, Kurniawidjaja 2014, Rachid ve ark 2015). Çimento üretiminin bu zararları yüzünden, özellikle gelişmiş ülkeler, çimento üretimi yapmak yerine, çimento ithal etme yoluna gitmeye başlamışlardır. Gelişmiş ülkelerinin çimento üretimi yerine gelişmekte olan ülkelerinden ithalat yapmasının bir sebebi de bu ülkelerin yapı stoğunu büyük ölçüde tamamlamış olmaları ve nüfus artış hızlarının da düşük olması söylenebilir.
Çimento üretiminin tüm bu dezavantajlarının sonucunda, bilim çevreleri, özellikle son yıllarda, beton üretiminde ve harç yapımında çimentonun kullanımını azaltacak yeni arayışlara girmişlerdir. Çimento yerine ikame edilebilecek malzemelerin, çimentodan daha az enerji gerektiren, çevreyi daha az kirletebilecek malzemeler olması
gerekliliği yadsınamaz bir gerçektir. Bu açıdan bakıldığında çimento yerine kullanılabilecek malzemeler denince akla ilk gelen malzemeler puzolanlardır.
Moropoulou ve ark (1995) tarafından yapılan bir araştırmada antik dönem, Bizans dönemi ve daha geç dönemlere ait tarihi harçlar üzerinde, harçların karakteristik özelliklerini belirlemek için, termal ve X-ray kırınım tekniklerini kullanarak bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmayla, inert malzemelerin bağlayıcı olarak kullanıldığı, fiziksel olarak sınıflandırmanın kolayca mümkün olmadığı bölümleri bulunan bu harçların, karakteristik özelliklerinin ortaya çıkarılarak, bu harçları, tarihi yapıların restorasyon işlerinde kullanacak araştırmacılara yol gösterme amaçlanmıştır. Bu amaçla, Antik dönem, Bizans dönemi, Bizans sonrası dönem ve daha geç dönemlere ait olan, Rodos, Korfu, Girit, Mount Athos, ve İstanbul‟daki bazı surlardan, Manastırlar‟dan ve Kiliseler‟den örnek olarak tarihi harçlar alınmıştır. Ayrıca Versay Sarayı‟ndan alınan bir diğer örnek ise, alçılı harçların özelliklerini belirlemek üzere kullanılmıştır. Bu harçlarla ilgili yapılan deneylerde, ilk olarak numuneler yaklaşık 1000 0C kadar yaklaşık 10 0
C min-1 hızla ısıtılmış, bu ısıtma işlemi sırasında meydana gelen kütle kaybı ve ısıtma süresi arasındaki ilişki harçlarda meydana gelen ana dönüşümlerle birlikte kaydedilmiştir (DTG). Ayrıca bu dönüşümlerin maddenin ısıtılma hızına ve ısıtma sıcaklığına bağlı olarak değiştiği de gözlenmiştir. Ayrıca harçlar üzerinde termo-gravimetrik analize ek olarak diferansiyel termal analiz de (DTA) yapılmıştır. DTA sırasında 20 0
C min-1 ısıtma hızı, statik hava koşulları ve referans madde olarak da α-alumin kullanılmıştır. Son olarak da öğütülüp toz haline getirilmiş harçlar üzerinde X-Ray kırınım (XRD) analizi yapılmış ve bu analizle maddenin kristalize yapısı belirlenmeye çalışılmıştır.
Pekmezci ve Akyüz (2004) tarafından yapılan bir çalışmada araştırmacılar, Uzuntarla–Kocaeli‟nden aldıkları volkanik tüfleri puzolan olarak kullandıkları araştırmalarında, puzolanların betona sağladığı geçirimsizlik, düşük hidratasyon ısısı gibi önemli durabilite avantajların yanında, betonda maksimum basınç dayanımında imkan verecek optimum puzolan miktarını, hem deneylerle hemde ampirik bağıntılarla hesaplamaya çalışmışlardır. Çalışmada yer verilen ve ilk olarak Smith (1967) tarafından özellikle betonda kullanılan uçucu külün etki faktörünü hesaplamak için deneysel sonuçlardan çıkarılmış olan, Bolomey (Bağıntı 2.1) ve Feret (Bağıntı 2.2) bağıntıları, bu çalışmayla birlikte doğal puzolanların da etki faktörlerini hesaplamak için kullanılmıştır.
𝑓𝑐 = 𝐾𝐵 𝐶 𝑤+𝑣− 𝑘 ′ (2.1) 𝑓𝑐 = 𝐾𝐵 𝑐 𝑐+𝑤 +𝑣 2 (2.2)
Şekil 2.2‟de görüldüğü gibi sonuçlar arasındaki tüm korelasyon bağıntılarının maksimuma çıkan bir trendin ardından düşmeye başladığı görülmektedir. Bu sonuç bize yüksek miktarda puzolan kullanmanın betonun basınç dayanımı üzerine olumsuz etkisi olduğunu göstermektedir (Şekil 2.3). Bu sonuca göre araştırmacılar, beton içerisindeki puzolanların bağlayıcı özelliğinden daha çok betondaki ince malzeme gibi bir davranış gösterdiğini söylemektedirler. Araştırma sonucuna göre betonda maksimum dayanım sağlayan puzolan / çimento oranının yaklaşık 0.28 olduğu söylenebilir.
ġekil 2.2. Doğal puzolan içeriği ve beton basınç dayanımı arasındaki ilişki (Pekmezci ve Akyüz 2004)
a) b)
ġekil 2.3. Bağlayıcı malzeme ile doğal puzolan miktarı arasındaki bağıntılar a) Bolomey Bağıntısı b) Feret Bağıntısı (Pekmezci ve Akyüz 2004)
Moropoulou ve ark (2005) tarafından yapılan bir diğer çalışmada tarihi yapılardaki restorasyonlar sırasında kullanılabilecek harçların içerisindeki kirecin dayanım gelişimi incelenmiştir. Bu amaçla içeriğinde bağlayıcı olarak kireç macunu, kireç tozu, su kireci, doğal veya yapay puzolanlar içeren harçlar üretilmiştir. Bu bağlayıcılar silika kumu, tuğla kırığı gibi agregalarla 1/1,5 ve 1/3 oranlarında karıştırılarak harçlar elde edilmiştir. Yine harçlarda 0,7-1,2 arasında değişen su/bağlayıcı oranları kullanılmıştır (Çizelge 2.1). Üretilen bu harçlar %90±1 bağıl nem altında 20±1 0C sıcaklıkta önce 2 gün süreyle, daha sonra %50±1 bağıl nem altında
20±1 0C sıcaklıkta 15 ay süreyle muhafaza edilmiştir. Üretilen bu harçlara ilişkin harç
isimleri ve kullanılan malzemelerin miktarları aşağıda verilmiştir.
Çizelge 2.1 Harç üretiminde kullanılan malzemelerin kütlece oranları (Moropoulou ve ark 2005) Harçlar Ağırlıkça Oranlar
NHLA NHL2:Agrega=1:2.3 LPA Kireç Hamuru:Agrega=1:1.5 LPoA Kireç Tozu:Agrega=1:1.8
LPMA Kireç Hamuru:Milos Toprağı:Agrega=1:1:2 LPCPA Kireç Hamuru:Seramik Tozu:Agrega=1:1:2 LPoCPA Kireç Tozu: Seramik Tozu: Agrega =1:1:2
Yukarıdaki oranlarda karıştırılan harçlar üretildikten birinci, üçüncü, dokuzuncu ve onbeşinci aylarda çekme ve basınç deneylerine tabi tutulmuş ve aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir (Şekil 2.4 ve Şekil 2.5).
ġekil 2.4 Harçların Basınç Dayanımı ġekil 2.5 Harçların Çekme Dayanımı (Moropoulou ve ark 2005) (Moropoulou ve ark 2005)
Sonuçlardan en yüksek dayanım gösteren harcın kireç tozu + yapay puzolan içeren harç olduğu görülmektedir. Burada eski harçlardan üretilen kireç macunu ile
Bas ın ç D ayan ım ı (M P a) Ç ek me D ayan ımı (M P a) Aylar Aylar
yapılan harçların dayanımının kireç tozu ile üretilenlere nazaran düşük olmasının sebebinin bu eski kirecin içerisindeki Ca(OH)2‟ninkireç tozuna oranla çok daha düşük
olması olduğunu söylemişlerdir.
Rizzo ve ark (2008) tarafından Sicilya‟daki antik ve geleneksel su yapılarında kullanılan harçlarla ilgili yapılan bir çalışmada, bölgede bulunan Thermae su kemeri, Kartaca sarnıcı ve Pantelleria‟da bulunan geleneksel su yapılarında kullanılan harçların karakteristik özellikleri XRD analizi, optik mikroskopi ve eş zamanlı termal analiz ile belirlenmeye çalışılmıştır.
Bölgede temel olarak iki farklı döneme ait su yapıları bulunmaktadır. Bunlardan ilki Roma dönemi su kemerlerinden oluşan ve Aqua Kornelia olarak adlandırılan su kemerleri sistemleridir (Şekil 2.6). Diğeri ise Pantelleria su yapısıdır. Pantelleria yağmur suyunu toplamayı ve yağmur suyundan yararlanmayı sağlayan Kartaca Çağı‟ndan kalma bir su yapısıdır (Şekil 2.7).
ġekil 2.6 Aqua Kornelia a) Barratina Sifonu b) Tre Pietre Sifonu c) Kontrada Tenaglia Kanalı (Rizzo ve ark 2008)
ġekil 2.7 a) Geleneksel Pantelleria yapısı b) Kartaca küvetleri c) Trapez kesitli Kartaca Sarnıcı (Rizzo ve ark 2008)
Araştırmacılar, deney için örnekleri yapıların hem sıva kısmından, hem de taşların birbirine birleştiği kısımlardan almışlardır. Harçlarda agrega olarak, tuğla
kırıntısı, kırmızı tüf, beyaz tüf, sedimanter ve kristal kum kullandığını belirtmişlerdir. Ayrıca araştırmada, harçların hidrositesinin, harçların geçirgenliğinin artmasıyla güçlendiği dahası harçların yapısı ve hidrositesi arasında bir korelasyon olduğunu belirtilmiştir.
Araştırma sonuçlarına göre, araştırmacılar, örneklenen harçlarda büyük heterojenite gözlemlemişlerdir. Bunun sebebi olarak ise harçların farklı zamanlarda yapılmalarını ve farklı yapı geleneklerine sahip topluluklar tarafından yapıldıklarını göstermişlerdir. Yine araştırmacılara göre, harç gruplarından tuğla kırığı harcı, tüf ve puzolan içeren harçlar ve söndürülmüş kireç harçlarından en kötü özellik gösterenlerin, puzolanların agrega olarak kullanıldığı harçlar olduğunu görmüşlerdir. Araştırmanın bir diğer sonucuna göre ise, araştırdıkları harçların, temel olarak bilinen davranış olan porozitenin artması sonucu dayanımın düşmesi davranışının yanında, özellikle tüf ve puzolan içeren harçlarda porozitenin artması, söndürülmüş kireçle reaksiyona girecek puzolanların yüzey alanını artırdığından, harcın yüksek hidrolik özellik göstermesini sağladığını söylemişlerdir.
Agar (2009) tarafından yapılan yüksek lisans tez çalışmasında, yüksek fırın cürufu, tras ve uçucu kül kullanılarak üretilen farklı özellikte puzolan katkılı harçların durabiliteye etkileri incelenmiştir. Çalışma sırasında harçlardaki durabilite faktörü, sodyum sülfat çözeltisinde toplamda 10 ay bekletilen harçlarda her 15 günde bir bazı indeks değerleri ölçülerek belirlenmeye çalışılmıştır. Çalışma sonuçlarına göre yüksek su/çimento içeren harçların sülfata karşı daha az dayanıklı olduğu, en yüksek bozulmanın da yüksek su/çimento oranına sahip katkı olarak tras içeren harçlarda gerçekleştiği gözlemlenmiştir.
Taban (2010) tarafından yapılan doktora tezi çalışması kapsamında, Balıkesir‟in Bigadiç ilçesinde bulunan kayaçlardan alınan zeolitik tüf örneklerinin puzolan olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Çalışmanın deneysel kısmında, alınan zeolitik tüf örnekleri, CEM I çimentosuyla ağırlıkça %0, %10, %20, %30, %40 oranlarında yer değiştirilerek kullanılmış ve üretilen karışımlar ile harç deneyleri için 40*40*160 mm boyutlarında harç numuneleri, beton basınç dayanımı için 100*200 mm boyutlarında silindir beton numuneler, ultrasonik ses hızı deneyleri için 200*200*120 mm boyutlarında beton prizma numuneler üretmişlerdir. Ayrıca ZT katkılı betonarme numuneler üzerinde elektrokimyasal ölçüm yöntemleri kullanarak, donatının korozyonunu belirlemeye çalışmışlardır. Tüm bu numuneleri hem içme suyunda hem de
deniz suyunda 360 güne kadar küre tabi tutmuşlardır. Çalışmada kullanılan ZT‟nin kimyasal analiz sonucu Çizelge 2.2‟de verilmiştir.
Çizelge 2.2 Kullanılan Zeolitik Tüfün Kimyasal Bileşimi (Taban 2010)
Tabloda değerleri verilen zeolitik tüfün 7, 28 ve 90 günlük basınç dayanımlarıda Çizelge 2.3 de verilmiştir.
Çizelge 2.3 Zeolitik Tüf Katkılı Harç Prizmalarının Basınç Dayanımı Değerleri (Taban 2010)
Buradaki sonuçlardan da görüldüğü üzere çalışmada kullanılan ZT‟nin, puzolanik aktivite reaksiyonlarının bir sonucu olarak, erken dayanımı kontrol harcına oranla düşükken, 90 gün sonundaki basınç dayanımı kontrol harcından daha yüksek olduğu söylenmektedir. Aynı şekilde çalışmada beton numuneler üzerinde yapılan basınç deneyleri sonucunda da 360 günlük numunelerin basınç dayanımların kontrol numunelerine oranla daha yüksek olduğu görülmüştür. Ayrıca çalışmada varılan bir diğer sonuca göre ise, numunelerdeki ZT oranlarının yükselmesi betonarme numunelerin polarizasyon dirençlerinin artmasına sebep olmuş ve bunun da korozyon akımlarının azalması sonucu betonarme çeliğini korozyona karşı koruduğu görülmüştür.
2.3. Kayaçlar ile Ġlgili Yapılan Bilimsel ÇalıĢmalar
Tarihi yapılar, kendi dönemlerinin şartları ve teknik imkanları gereği genellikle inşa edildikleri bölgeye en yakın yerden temin edilen doğal taşlardan inşa edilmişlerdir. Bu da bize, günümüzün aksine, bir yapı malzemesine standart bir dayanım ve standart özellikler tayin edip evrensel bir tanımlama yapabilmemizi engellemektedir. Öyle ki, aynı kültür içerisinde, birbirine çok yakın dönemlerde, aynı inşaat teknikleriyle ancak farklı bölgelerde inşa edilmiş yapıların, yapılarda kullanılan doğal taşların özelliklerine bağı olarak günümüze çok farklı durumlarda ulaşabilmiş olmaları, bu malzemelerle inşa edilen yapıların hepsini farklı bir şekilde ele almamız gerektiğini bize göstermektedir.
Tarihi yapılarda kullanılan doğal taşlarda bilinmesi gereken belki de en büyük özellik, bu taşların mekanik ve fiziksel özelliklerinin bilinmesi gerektiğidir. Aynı şekilde çevresel etkilere ve doğa olaylarına yüzlerce yıl maruz kalmış ve maruz kalacak bu yapıların, bu etkilere karşı fiziksel ve mekanik açıdan ne kadar dayanıklı olduğunun bilinmesi de günümüzdeki restorasyon faaliyetlerini daha akılcı bir şekilde gerçekleştirebilmek için de oldukça önemlidir.
Ozsoy ve ark (2010) Eskişehir yakınlarında bulunan Yakakayı Barajı alanında kullanılan ofiyolitik taşların, fiziksel, mekanik ve minerolojik özellikleri üzerine çalışmalar yapmışlardır. Bu amaçla, Yakakayı Barajı‟nın değişik bölgelerinden çok sayıda petrografik analiz için numuneler ve mekanik deneyler için ise NX çaplı karot numuneler almışlardır. Örnek aldıkları yerlerde lugeon basınçlı su deneyi yapmışlar ve taşların düşük permeabiliteye sahip olduklarını gözlemlemişlerdir. Ayrıca taşların altere yapısı sonucu örnek aldıkları yerlerde yer altı suyu gözlemlemişlerdir. Karot numuneler üzerinde yaptıkları tek eksenli basınç deneyinde, ofiyolitik taşların bazalt olanlarında 63,02 MPa, kireçtaşı olanlarında 15,69 Mpa, fosil kayaçlarda 28,37 MPa, serpantinlerde ise 13,47 MPa ortalama dayanım olduğunu görmüşlerdir. Ayrıca, numuneler üzerine yaptıkları XRD analizleri sonucu, baraj alanında bulunan unsurlardan dominant olanlarının, bazalt, serpantit ve radyolarit kayaçlar olduklarını söylemişlerdir.
Sariisik ve ark (2010) hazırladıkları farklı oranlardaki sodyum sülfat (Na2O4)
çözeltileri ile özellikle sülfat içeren yer altı sularına maruz kayaçların sülfat etkisine karşı dirençlerini incelemişlerdir. Bu amaçla, hazırladıkları %5,0, %1,0, %0,5 ve %0,2 oranlarında Na2O4 içeren çözeltilere, 2 farklı poroziteye sahip, 5×5×5 cm boyutlarındaki
mermer numuneleri bırakmışlar ve numunelerde meydana gelen fiziksel ve mekanik değişimleri incelemişlerdir. Çalışma sonucunda, yüksek poroziteye sahip numunelerin
maruz kaldıkları sülfat derişiminin ve süresinin artması ile ters orantılı olarak basınç dayanımının ve diğer dayanım özelliklerinin düştüğünü gözlemlemişlerdir.
Anania ve ark (2012) Sicilya‟nın kuzeydoğusunda bulunan, “Val di Nato” olarak bilinen ve UNESCO‟nun dünya mirası listesinde yer alan bölgedeki geç barok döneme ait birçok yapıda, yapı malzemesi olarak kullanılmış yapı taşlarının fiziko-mekanik özellikleri ile petrografik özellikleri arasındaki ilişkileri araştırmışlardır. Araştırmacılar, özellikle fiziko-mekanik özellikler açısından önemli olan taşların porozitesini ve boşluk hacimlerini termo elektron porozimetre (MIP) ile ölçmüşlerdir. Kayaçların kapilarite yoluyla su emme katsayısı, atmosfer basıncında su emme kapasitesi ve açık porozite gibi diğer bazı fiziko-mekanik özellikleri ise 7×7×7 cm boyutlarında kübik numuneler üzerinde deneyler yaparak bulmuşlardır. Ayrıca, taşların tek eksenli basınç dayanımını 7×7×7 cm numuneler üzerinde, eğilme dayanımlarını 3×6×18 cm prizmatik numuneler üzerinde, elastik modülünü ise 5×5×10 cm prizmatik numuneler üzerinde yaptıkları deneylerle belirlemişlerdir. Mekanik testlerden elde ettikleri sonuçlarla, petrografik analiz sonuçlarını kıyaslayınca, heterojen bir dokuya ve farklı sedimanterleşmelere sahip kayaçların, daha düşük mekanik özellikler sergilediği ve doğal olaylar karşısında daha çabuk zarar görüp daha çabuk ayrışabildiklerini söylemişlerdir.
García ve ark (2012), orta - kuzey İspanya da bulunan Palencia Bölgesi‟ndeki özellikle 19. Yüzyıl öncesine ait yapılarda çokça kullanılmış taşlar ve harçlar üzerine bir çalışma yapmışlardır. Yaptıkları bu çalışmada, günümüzde o bölgedeki bazı yapı işlerinde halen kullanılmakta olan bu materyallerin mekanik özelliklerini ve bunlarla inşa edilen yapıların dayanım özelliklerini belirleme çalışmışlardır. Deneysel çalışma için, bölgede kullanılan bu taşlardan, geleneksel yöntemlere uygun olarak taş prizma yapılar inşa etmişler (Şekil 2.8) ve bu numuneler üzerinde basınç dayanımı testleri yapmışlardır. Ayrıca, kullandıkları her taş numune ve harçtan numune almışlar ve bu numuneler üzerinde çeşitli dayanım deneyleri yapmışlardır.
ġekil 2.8 Hazırlanan prizma örnekler ve deney şeması (García ve ark 2012)
Deney numunelerini, bölgede bulunan 2 farklı yapıdaki kumtaşı örneklerden ve ağırlıkça 0.5–1.5–19 (kireç–beyaz çimento–kum) oranlarında harçlardan, farklı kombinasyonlarda malzemeler kullanarak, 5 farklı Romanesk inşa tekniğinde toplamda 16 tane numune olacak şekilde inşa etmişlerdir. Deney düzeneği olarak bir yük hücresi, yük ölçer ve LVDT (elektronik deplasman ölçer) kullanmışlar ve inşa ettikleri prizmaların deformasyon modüllerini saptamaya çalışmışlardır. Araştırmacılar elde ettikleri sonuçları, hali hazırda bazı Avrupa Yönetmeliklerinde bulunan ve taş yapılar için verilen standartlarla kıyaslamışlardır.
Ghobadi ve Babazadeh (2014) özellikle yapılarda, anıtlarda sık bir şekilde kullanılan ve doğa olaylarından olumsuz bir şekilde etkilenen kum taşları üzerine yaptıkları bir çalışmada, seçtikleri kum taşlarını, tekrarlanan donma–çözülme, tuz kristalizasyonu ve termal şok etkilerine maruz bırakmışlar ve taşlarda meydana gelen fiziksel ve mekanik özelliklerin değişimlerini incelemişlerdir. Bu amaçla yaptıkları deneysel çalışmada her gruptan 3‟er adet olmak üzere taşları, toplamda 60 döngü olarak, donma çözülme, tuz kristalizasyonu ve ıslanma – kuruma çevrimlerine tabi tutmuşlar ve taşlarda meydana gelen, kütle kaybı, P – dalga hızı kaybı, tek eksenli basınç dayanımındaki değişim, nokta yükleme dayanımı değişimi gibi mekanik özelliklerinde meydana gelen değişimleri incelemişlerdir. Araştırmacıların elde ettikleri sonuçlara göre, özellikle düşük poroziteye sahip kayaçların, yüksek poroziteye sahip kayaçlara oranla donma – çözülme etkilerine karşı daha fazla dayanım gösterdiği, deney sonucu yapılan tek eksenli basınç dayanımı ve P dalga hızı deneyinden anlamışlardır. Ayrıca, kum taşlarının özellikle gevşek yapıda ve yüksek porozitede olanlarının, tuz kristallenmesine karşı aşırı dayanıksız olduğu ve kütlelerinin neredeyse yarısını kaybettiklerini gözlemlemişlerdir. Tüm bunlara karşın düzensiz tane şekilleri içeren, düşük poroziteli ve dayanımları yüksek taşların bu etkilere karşı en fazla mukavemeti
gösterdikleri görülmüştür. Ayrıca, taşlara uygulanan ıslanma – kuruma çevrimleri sonucu yüksek oranda kütle kaybı ve mekanik kayıplar gözlenmiştir. Bunun sebebi olarak ise taşların içerdikleri mineraller yüzünden, tekrarlanan ıslanma kuruma çevrimlerinde bünyelerindeki mikro çatlakların artması ve bu çatlakların da dayanımı ciddi oranda düşürmesi söylenebilir (Şekil 2.9).
ġekil 2.9 Hızlandırılmış çevresel etkiler (donma-çözülme, ısınma-soğuma, ıslanma-kuruma v.b.) sonucu kumtaşlarında meydana gelen tek eksenli basınç dayanımı kayıpları (Ghobadi ve Babazadeh 2014)
Yapı malzemesi olarak kullanılan kayaçların tüm bu özelliklerinden görüldüğü gibi, su emme kapasitesi, tüm mekanik ve fiziksel özellikleri etkileyen önemli bir faktördür. Bu özellikle ilgili, Ozcelik ve Ozguven (2014) yapı malzemesi olarak kullanılan doğal taşların su emme ve kurutma özellikleri ile ilgili yaptıkları çalışmada, 10 farklı kayaç tipi seçmişler ve bu kayaçlardan aldıkları, 5×5×5 cm ölçülerinde küp numuneler üzerinde deneysel çalışmalar yapmışlardır. Yaptıkları çalışmalarda ilk önce 70 0C‟de kuruttukları örnekleri, CSN EN 13755‟e göre atmosfer basıncında su emme testine tabi tutmuşlardır. 6 gün içerisinde çeşitli ölçümler yaparak numunelerin emdikleri su miktarlarını kaydetmişlerdir. 6 günün sonunda sudan çıkardıkları numuneleri 5 gün boyunca 70 0C etüvde muhafaza etmişler ve yine ara ölçümler
yaparak numunelerin ağırlıklarını kaydetmişlerdir. Böylece buldukları kayaçların su emme kapasiteleri ile kayaçların kimyasal özelliklerini kıyaslamışlardır. Sonuç olarak, granit (0.24–0.37%), konglomera (0.33%), onix (0.27%) ve mermer (0.07–0.12%) numunelerin düşük su emme kapasitelerine sahip oldukları, bunlara karşın traverten (1.42%) ve andezit (3.24–3.99%) örneklerin yüksek su emme oranına sahip olduklarını belirtmişlerdir. Yine araştırmacılar, kayaçların su emme kapasitelerinin kimyasal
yapılarıyla direk bağlantılı olmadığını, ancak kayaçlardaki açık ve toplam poroziteyle yüksek bağımlılık gösterdiğini söylemişlerdir. Kayaçların kimyasal yapısıyla, su emme kapasiteleri arasında direk bir bağlantı olmamasına karşın özellikle volkanik kayaçlarda bulunan biotit mineraliyle su emme kapasiteleri arasında ciddi bir ilişkinin olduğu da yine aynı çalışmada vurgulanmaktadır.
Bu çalışmalardan başka, bölgeyle ve bölgedeki andezitlerle ilgili yapılmış birkaç çalışma da mevcuttur. Bu çalışmaları kısaca özetleyecek olursak; Sille andezitlerinin mekanik özellikleri, Özdemir (2002), Kekeç (2005) ve Kekec ve ark (2006) tarafından araştırılmıştır. Özdemir (2002)‟ye göre Sille andezitlerinden yapılmış olan tarihi yapıların duvarlarında gözlenen nemlenme, kayacın kapiler su emme katsayısının yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. Kekeç (2005)‟de Sille andezitlerinin sertlikleri ile mekanik özellikleri arasında bir ilişkinin olduğunu söylemiştir. Kekeç ve ark (2006) da Sille Taşı‟nın yapıtaşı olarak kullanılması durumunda kayacın mekanik özelliklerine göre kullanılacağı yerin tercih edilmesinin uygun olacağını belirtmiştir. Fener ve Ince (2012) ve Fener ve Ince (2015)‟de yaptıkları çalışmada Konya Bölgesi‟nde yaygın olarak kullanılan Sille Taşı‟nın Donma-Çözülme (D-Ç) süreci sonrası mekanik ve dokusal özelliklerindeki değişimleri araştırmışlardır. Ince (2013)‟ de Konya Bölgesi‟nde yapı taşı olarak kullanılan kayaçların D-Ç sürecinden etkilenimi araştırmıştır.
Ulusoy (2007), Zedef ve ark (2007), Zedef ve Ünal (2010), Zedef ve ark (2011) yapı taşlarının tuz kristalleşmesine bağlı bozuşma süreçlerinin belirlenmesine yönelik çalışmalar yapmışlardır. Ulusoy (2007)‟de volkanik (igneous) kayaçlardan yapılmış mimari yapıtlardaki bozuşmayı tuz kristalleşmesi ve kapiler su yükselmesine bağlamıştır. Zedef ve ark (2007)‟de andezitlerin mineralojik, petrografik ve fiziko-mekanik özelliklerinin tuz kristalleşmesi üzerine etkili olduğunu, Zedef ve Ünal (2010) ve Zedef ve ark (2011)‟de bölgede kullanılan yapı taşları içinde tuz kristalleşmesinin etkisinin en fazla andezitlerde olduğunu söylemişlerdir.
3. MATERYAL VE YÖNTEM
Kayaçlar üzerine yapılan araştırmalar, genellikle birkaç aşamadan oluşmaktadır. Bu aşamalardan ilki örneklerle ve sahayla alakalı bir ön fizibilite çalışması yapmak, bu fizibilite çalışmasından derlenen bilgilerle detaylı bir planlama yapmak ve bu planlama dahilinde kayaçlarla ilgili çalışmaları gerçekleştirmektir (Ulusay ve Hudson 2007).
Bu tez çalışmasında irdelenecek olan Sille Taşı, diğer adıyla Sulutas Volkanitleri, 3–11 milyon yıl önce Üst Miyosen–Alt Pliyosen zaman aralığında Konya‟nın batısında meydana gelen volkanizma faaliyetleri sonucu meydana gelmiş doğal bir yapı malzemesidir. Doğal bir yapı malzemesi olması ve yüzeye yakın bir şekilde yerleştiğinden kolay çıkarılabilir olmasından dolayı bölgede birçok yapıda sıklıkla kullanılmıştır.
Yine aynı bölgede Üst Miyosen–Alt Pliyosen yaşlı dasitik tüf–plajiodasitik tüfler içeren Küçükmuhsine formasyonuna ait proklaksit kayaçlar da bölgede yapı malzemesi olarak kullanılmaktadır.
Araştırma için kullanılacak olan kayaçlar, Konya‟nın batı–kuzeybatısında bulunan, Dilekçi grubu içerisinde, Sulutas Volkanitleri olarak adlandırılır. Bu volkanitler Üst Miyosen – Alt Pliyosen yaşlı olup dasit, andezit ve nadiren bazaltlardan oluşur. Bölgede, bu birim, Siluriyen – Kretase yaşlı temel birimleri ve Üst Miyosen – Alt Pliyosen yaşlı gölsel kırıntılı – karbonatlı kayaçlar ile proklastitleri keserek bölgeye yerleşmiştir.
Dilekçi grubu içerisinde yer alan Küçükmuhsine formasyonu tüf ve aglomeralardan oluşmaktadır. Gölsel özellikli, karbonatlı ve kırıntılı kayaçlarla yanal – düşey geçiş gösteren bu Proklastik kayaçlar Üst Miyosen – Alt Pliyosen yaşlıdır.
3.1. Arazi ÇalıĢmaları
Arazi çalışmaları volkanik tüf numune derleme ve jeomekanik özelliklerin belirlenebilmesi için taş bloklardan örnek derleme üzerine yürütülmüştür. Arazi çalışmaları sonucunda toplam 6 farklı lokasyondan 8 farklı numuneden 50‟ye yakın blok örnek derlemesi ve 3 farklı lokasyondan 3 farkı tüf örnek derlemesi yapılmıştır (Şekil 3.1.a) (Ek 1). Alınan kayaçlar Çizelge 3.1‟e göre isimlendirilip numaralandırılmıştır.
Çizelge 3.1 Derlenen örneklerin numaralandırılması
ÖRNEK NO ÖRNEK TÜRÜ ÖRNEK AÇIKLAMASI
T1 Tüf T1 nolu bölgeden alınan volkanik tüf (Ek 1) T2 Tüf T2 nolu bölgeden alınan volkanik tüf (Ek 1) T3 Tüf T3 nolu bölgeden alınan volkanik tüf (Ek 1) O1 Lav O1 nolu bölgeden alınan volkanik taş (Ek 1) Ü1 Lav Ü1 nolu bölgeden alınan volkanik taş (Ek 1) 5a Lav 5 nolu bölgeden alınan a nolu volkanik taş (Ek 1) 5b Lav 5 nolu bölgeden alınan b nolu volkanik taş (Ek 1) 5c Lav 5 nolu bölgeden alınan c nolu volkanik taş (Ek 1) 6 Lav 6 nolu bölgeden alınan volkanik taş (Ek 1) 7 Lav 7 nolu bölgeden alınan volkanik taş (Ek 1) 8 Lav 8 nolu bölgeden alınan volkanik taş (Ek 1)
3.2. Laboratuar ÇalıĢmaları
Belirlenmiş kaya örneklerinde, malzemenin yapı taşı olarak kullanılabilirliğine yönelik deneysel çalışmalar Selçuk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi bünyesinde bulunan laboratuarlarda yapılmıştır. Kayaçlardan örnek alma işlemleri Selçuk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı laboratuarında, Kayaçların jeomekanik özelliklerinin belirlenmesi ve tüflerin puzolanik aktivite deneyleri Selçuk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Malzemeleri laboratuarında yapılmıştır. Ayrıca, kayaçlardan alınan örneklerin petrografik incelemeleri Selçuk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü ince kesit ve petrografi laboratuarında yapılmıştır. Kayaçların ve tüflerin kimyasal bileşimlerinin belirlenmesi Acme laboratuarına (Kanada) yaptırılmıştır. Bu çalışmaların yanında Maden Mühendisliği Bölümü laboratuarında dikdörtgenler prizması şeklindeki numunelerin hazırlanması ve tüflerin öğütülmesi işlemleri sırasında, Makine Mühendisliği Bölümü laboratuarında ise taşların ısı iletim kapasitelerinin bulunması sırasında faydalanılmıştır.
3.2.1. Numune hazırlama
Bu çalışma kapsamında her bir farklı petrografik ve kimyasal yapıya sahip kayaç örneğinden basınç dayanımı ve indeks özelliklerinin belirlenebilmesi için 1 grup, donma çözülme çevrimleri sonucu kayaçlarda meydana gelen jeomekanik değişikliklerin belirlenebilmesi için 1 grup, kayacın çekme dayanımının belirlenebilmesi için 1 grup ve ısıl iletim kapasitesinin belirlenebilmesi için 1 grup olmak üzere toplamda 4 grup
numune hazırlanmıştır. Ayrıca puzolanik aktivitenin belirlenmesi amacıyla yapılacak deneyler için kullanılacak olan tüfler çok ince bir şekilde öğütülerek hazırlanmıştır.
3.2.1.1. Ġndeks, mekanik ve termal performans deneyleri için örnek hazırlama
Farklı kaya mekaniği deneylerinden sağlıklı sonuçlar elde edilmesi amacıyla standartlara uygun niteliklere sahip örnek hazırlamak ilk yapılması gereken ve çok önemli bir aşamadır. Laboratuar deneyleri için kayaç bloklarından, uygun boyutlarda karot, dikdörtgenler prizması ve levha şekillerinde örnekler alınması ve bunların çeşitli aletler yardımıyla düzeltilmesi işlemlerinin tümü örnek hazırlama olarak tanımlanır (Ulusay ve ark 2001).
Numuneler üzerinden karot alma işlemi, araziden derlenen örnekler üzerinde BX tipi (42,00 mm) karot uçlu karot makinesi ile gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.1.b). Ayrıca 50×50 cm boyutlarında levha şeklindeki numunelerin kesilmesi işlemleri dairesel el testeresi ile yapılmıştır (Şekil 3.1.c). Son olarak da karot numunelerin düzeltilmesi işlemleri ve 25×100×125 mm boyutlarında dikdörtgenler prizması şeklinde numunelerin kesilmesi işlemleri taş kesme makinesi ile gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.1.d). Tüm örneklerin hazırlanması işlemleri sırasında ISRM (2007) ve ASTM D4543-08 (2008)‟de önerilen hususlar dikkate alınmıştır.
c) d)
ġekil 3.1 Laboratuar deneyleri için örnek hazırlanması a) Karot numunelerinin alındığı örnekler b) Karot örneklerin alınması c) 50×50 cm boyutlarında levha örnekler d) 25×100×125 mm boyutlarındaki
örneklerin hazırlanması
3.2.1.2. Puzolanik aktivite deneyleri için örnek hazırlama
Puzolanik aktivite, doğada bulunan veya yapay olarak (bir sanayi yan ürünü gibi) elde edilen yüksek SiO2 oranına sahip malzemelerin bağlayıcılık kabiliyetlerine
verilen genel bir isimdir. Özellikle maliyeti yüksek bir malzeme olan çimentonun, hem bağlayıcılık özelliği olan hem de beton içerisinde ilave durabilite avantajları sağlayabilecek malzemelerle ikame edilmesi günümüzde büyük önem arzetmektedir.
Bu amaçla, inceleme alanından alınan volkanik tüf numuneler, Selçuk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü laboratuarında bulunan çubuk değirmen (Şekil 3.2) vasıtasıyla en az, TS 25 (2008)‟de belirtildiği şekilde, 4000±%25 cm2
/gr blaine inceliğine sahip olacak şekilde 120‟şer dakika süreyle öğütülmüştür (Şekil 3.3). Öğütülen bu numunelerle puzolanik aktivite deneyleri ASTM C311 (2013) ve TS 25 (2008) standartlarına göre yapılmıştır.
