Aziz ilyas ve meryem ana ortodoks kiliselerinin malzeme deneyleri ve aziz ilyas ortodoks kilisesi'nin sayısal analiz ile deprem performansı

Abstract

Türkiye, binlerce yıllık tarihiyle medeniyetlerin doğup geliştiği nadir coğrafyalardan biridir. Bu topraklarda kurulmuş uygarlıklar, ardında camiler, kiliseler, hanlar, köprüler, hamamlar ve geleneksel evler gibi çok sayıda tarihi yığma yapı bırakmıştır. Taş, tuğla ve harç gibi doğal malzemelerle inşa edilen tarihi yapılar hem mimari hem de kültürel açıdan büyük bir değere sahiptir. Bu tarihi yapılar, yalnızca estetik ya da sanatsal bir zenginlik sunmakla kalmaz; aynı zamanda toplumların geçmiş yaşantılarını, kültürel kimliklerini ve sosyal düzenlerini yansıtan canlı tanıklardır. Onlar sayesinde geçmişle bağ kurar, kimliğimizi ve tarihsel kökenlerimizi daha derinden anlayabiliriz. Ancak Türkiye'nin aktif fay hatları üzerinde yer alması, bu eşsiz kültürel mirasın gelecekte varlığını sürdürebilmesini tehdit eden önemli bir unsur olarak öne çıkmaktadır. Ülkemiz, dünyanın en yüksek deprem riski taşıyan bölgelerinden biridir. 1999 Marmara Depremi ve 2023 Kahramanmaraş depremleri gibi süre gelen yıkıcı depremler hem can kaybına hem de çok sayıda tarihi yapının hasar görmesine veya tamamen yok olmasına yol açmıştır. Yığma yapıları oluşturan tuğla, taş gibi malzemelerin sınırlı süneklik kapasitesi ve düşük çekme dayanımı, bu yapıların deprem gibi dinamik yükler altında ani ve gevrek kırılmalara maruz kalmasına neden olmaktadır. Bu durum, tarihi yığma yapıları korumak için daha bilinçli ve bilimsel yaklaşımlar geliştirmemiz gerektiğini göstermektedir. Bu çalışma, 6 Şubat 2023 Pazarcık ve 20 Şubat 2023 Samandağ depremleri nedeni ile hasar gören ve Hatay'ın Samandağ ilçesinde yer alan Aziz İlyas Rum Ortodoks Kilisesi ile Meryem Ana Ortodoks Kilisesi'nde gerçekleştirilen kapsamlı saha gözlemleri, malzeme karakterizasyon testleri ve sonlu elemanlar yöntemine dayalı nümerik analizleri kapsamaktadır: (a) sahada yapılan hasar incelemesi, (b) sahada gerçekleştirilen malzeme deneyleri, (c) sahada yapıların nokta bulut verisinin alınması, (d) laboratuvar ortamında malzeme deneylerinin gerçekleştirilmesi, (e) elde edilen malzeme ve geometri bilgilerine dayanarak Aziz İlyas Kilise'sinin 3D sonlu eleman modelinin oluşturulması ve (f) modelin modal ve doğrusal olmayan dinamik analizlerinin yapılması ve sonuçların değerlendirilmesi. Çalışma 5 bölümden oluşmakta olup ilk bölümde tarihi yapıların öneminden, daha önce bu alanda yapılan çalışmalardan ve tezin amacından bahsedilmiştir. Tezin 2. bölümünde teze konu olan kiliselerin tarihi ve yapısal bilgileri, depremlerde aldıkları hasarlar ve nokta verisi sonucu elde edilen geometrilerinden bahsedilmektedir. İki kilise (Aziz İlyas Rum Ortodoks Kilisesi ve Meryem Ana Ortodoks Kilisesi) geometrik olarak birbirlerine çok benzemekte ve aralarında 1 km kadar mesafe bulunmaktadır. Kiliselerin taşıyıcı sistemini taş yığma duvarlar, kesme taş sütunlar, tonozlar ve kemerler oluşturmaktadır. Duvarlar; iki dış cidar ve bu cidarların arasını dolduran molozdan oluşmaktadır. Dış cidarlar, geometrik olarak düzensiz taş sıraları ve bu taş birimleri birbirine bağlayan düşey/yatay harç derzleri ile teşkil edilmiştir. Sütunlar ise kuru derzli kesme taş birimlerle inşa edilmiştir. Aziz İlyas ve Meryem Ana Rum Ortodoks Kiliseleri üzerinde yapılan hasar kontrolleri sonucunda her iki yapının iç ve dış bölümlerinde çeşitli düzeylerde hasarlar tespit edilmiştir. Aziz İlyas Kilisesi'nde apsisin dış duvarı ile birleşim noktalarında 5–15 mm arasında değişen çatlak ve ayrılmalar gözlenmiştir. İç mekânda apsisin üzerinde bulunan kalkan duvar tamamen yıkılmış ve buna bağlı olarak çatının bir kısmı da göçmüştür. Ayrıca, kemer sistemi, taşıyıcı sütunlar ve duvarlarda çatlak ve sıva dökülmeleri de tespit edilmiştir. Benzer şekilde, Meryem Ana Kilisesi'nde ön cephenin büyük bir kısmı yıkılmış; apsis çevresinde ve yan cephe duvarlarında 5–10 mm arasında çatlaklar ile kısmi yıkılmalar meydana gelmiştir. İç mekânda ise kemer sisteminde ciddi hasar bulunmakta, sütunlar ve duvar yüzeylerinde ise yer yer sıva ve kaplama dökülmeleri gözlemlenmektedir. Benzer geometriye sahip olmaları nedeniyle sadece Aziz İlyas Rum Ortodoks Kilisesi'nin iç ve dış bölümleri, iki farklı üç boyutlu lazer tarayıcı (Faro Focus S70 ve M70) ile taranıp nokta bulutu verisi alınmıştır. Alınan veriler CloudCompare programında işlenip AutoCAD programına aktarılarak kilisenin geometrisi ve boyutları belirlenmiştir. Kilisenin plan boyutları, yaklaşık olarak 11,4 m ve 22,9 m olarak elde edilmiştir. Ortalama duvar kalınlığı 750 mm olarak ölçülmüştür. Her bir sütunun kesit boyutu 550×550 mm olarak belirlenmiştir. Çalışmanın 3. bölümü kilise malzeme karakterizasyon testlerini içermektedir. Bu testler, malzemelerin fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerini saptamak üzere hem sahada hem laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiştir. Kiliselerin taşıyıcı sistemini oluşturan yapısal malzemeler üzerinde sahada ultrases hızı ölçümü (UPV), Schmidt çekici (SRH) ve harç penetrometresi (MP) testleri uygulanmış; ayrıca Aziz İlyas Kilisesinin frekansını belirlemek amacıyla lazer vibrometre ile doğal frekans ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Yıkılan duvarlardan laboratuvar ortamında test yapılabilmesi amacıyla, yapı sahiplerinin izni alınarak taş numuneleri toplanmış; bu numuneler üzerinde yoğunluk tayini, X-Işını Floresans (XRF) analizleri, basınç dayanımı, eğilme dayanımı ve Titreşimin Darbe Uyarımı (IEV) testleri gerçekleştirilmiştir. Eğilme ve basınç testlerinde deformasyon ve şekildeğiştirme ölçümü için, Dijital Görüntü Korelasyonu (DIC) yöntemi kullanılmıştır. Kilisenin sonlu elemanlar modeli makro yaklaşım benimsenerek oluşturulmuştur. Saha ve laboratuvar testleri esas alınarak yığma taş duvarının basınç dayanımı (fc) 4,6 MPa, elastisite modülü (E) 1432 MPa ve yoğunluğu (ρ) 1800 kg/m3, kesme taş sütunlar, yığma kemerler ve apsisin basınç dayanımı (fc) 5,52 MPa, elastisite modülü (E) 1620 MPa ve kesme taş sütunların yoğunluğu (ρ) 1900 kg/m3, yığma kemer ve apsisin yoğunluğu (ρ) 1800 kg/m3 olarak alınmıştır. Çalışmanın 4. bölümünde Bölüm 2.4'te anlatılan geometrik veriler ile Bölüm 3.3'te anlatılan malzeme değerleri kullanılarak Aziz İlyas Kilise'sinin sonlu eleman modeli oluşturulmuş ve bu modelin modal analiz ve zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik analizleri gerçekleştirilmiştir. Sonlu eleman ağ boyutunun analizler üzerindeki etkisini anlamak amacıyla 100 ve 150 mm sonlu eleman boyutları için ayrı ayrı sonlu elemanlar modeli oluşturulmuş ve iki modelden elde edilen modal analiz ve dinamik analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Yapının doğrusal olmayan davranışını ve Şubat depremleri nedeni ile oluşan hasarı elde etmek amacıyla Bölüm 3.3'te anlatılan malzeme değerleri esas alınarak iki malzeme modeli oluşturulmuş ve bu modellerin 6 Şubat ve 20 Şubat ivme kayıtları altında zaman tanım alanında dinamik analizleri gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçları hasar, rölatif yer değiştirme, göreli öteleme oranı ve taban kesme kuvvetleri açısından karşılaştırılıp değerlendirilmiştir. Son bölümde, tez çalışmasından elde edilen sonuçlar özetlenerek verilmiştir.