MURADİYE CAMİSİNİN YAPISAL VE DEPREM DAVRANIŞININ İNCELEMESİ

Transkript

1 MURADİYE CAMİSİNİN YAPISAL VE DEPREM DAVRANIŞININ İNCELEMESİ Zekai Celep (1), Mete İncecik (1), Ferhat Pakdamar (2) (1) İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, İstanbul, (2) Gebze Teknoloji Enstitüsü, Gebze; ÖZET İstanbul Büyükşehir Belediyesi tarafından Plovdiv (Filibe) de bulunan Muradiye Camisi nin kapsamlı bir restorasyonunun yapılması sözkonusu olmuştur. Bu çerçevede yapı ayrıntılı biçimde incelenmiş, belirlenen hasarlar tespit edilmiş ve temel ve zemin özelliklerinin belirlenmesi amacıyla geoteknik inceleme yapılmıştır. Caminin yapısal ve deprem davranışının belirlenmesi amacıyla ayrıca çalışmalar yapılmıştır. Elde edilen bilgiler kullanılarak yapılacak güçlendirme projesinin ana hatlarını geliştirilmiştir. Bu yazıda yapılan yapısal ve deprem etkisi inceleme sonuçları özetlenmektedir. Ayrıca önerilen onarım ve güçlendirme önerisinin ana ilkeleri verilmiştir. Bu yazarlar Muradiye Camisi güçlendirme, onarım ve restorasyon projesine, geoteknik inceleme sonuçlarına dayanarak mühendislik çözüm önerileri geliştirmek çerçevesinde katılmışlardır. 1. YAPININ MİMARİ ÖZELLİĞİ Muradiye Camisi, Ulu Cami veya Cuma Camisi olarak da bilinmekte olup, Plovdiv (Filibe) nin merkezinde bulunan önemli bir mimari yapıdır. Cami Osmanlı İmparatorluğu ndan kalan Bulgaristan daki en büyük ve en eski tarihi yapılardan birisini oluşturmaktadır. Osmanlı sultanları tarafından sayısız okul, hastane, cami, hanlar ve hamamlar gibi anıtsal yapılar inşa edilmesine karşılık, bu caminin bu Balkanlarda kalan en eski üç yapıdan biri olduğu bildirilmektedir. Cami uzun zamandan beri çevre şartlarından ve bakımsızlıktan oluşan hasarlara karşı direnmiştir. Şekil 1. Polovdin (Filibe) deki Muradiye Camisi ve yapısal sonlu eleman modeli Caminin 1425 de Sultan ikinci Murad ( ) zamanında Filibe ve Balkan Yarımadasının idarecisinin oğlu Şihabettin Paşa tarafından 1425 de yaptırıldığı tahmin edilmektedir. Caminin 1787 de Sultan Birinci Abdülhamit tarafından yapılan ve 1818 de depremin verdiği hasardan sonra yapılan olmak üzere iki kere tamirat gördüğü bilinmektedir. Caminin duvarlarındaki yazılar bu tamiratlara ait kısa bilgiler vermektedir. Caminin iç

2 mimarisi anıtsal olup, çok etkileyicidir. Yapının iç kısımda zengin çiçek ve geometrik motifler ve Kuran-ı Kerim ayetlerinden oluşan yazılar mevcuttur. Minaresi caminin kuzeydoğu bölümünde bulunmaktadır. 2. YAPI Cami, rijit bir yapı olup, 1.80m lik taş duvarları bulunmaktadır. Yapı, çapı 8.50m olan üç kubbe ile kapatılmıştır. Ayrıca açıklığı 6.5m olan altı tane tonoz bulunmaktadır. Caminin yapısal sistemini kapı ve pencere boşlukları bulunan kalın çevre duvarları oluşturmaktadır. Orta bölümde kubbe ve tonozları taşıyan dört tane kare kesitli taş sütunlar bulunmaktadır. Caminin minaresi 23m yüksekliğinde ve yapının kuzey-doğu köşesindedir. Cami, planda yaklaşık boyutları 30m 40m olan bir alanda bulunmaktadır. Orta bölümde üç küresel kubbe, kemerlerle yüklerini kolonlara iletmektedir. Yapıda tuğla ve taş kullanılmış olup, arada harç mevcuttur. Kubbeler ve tonozlar kurşun levhalarla örtülmüştür. Duvarlarda taş ve tuğla ardışık atlamalı olarak kullanılmıştır. 19. yüzyılın başına dayanan ahşap bir ek kuzey kenarına zemin seviyesine eklenmiştir. Daha sonar bu ekleme kahvehaneye çevrilmiştir. (Şekil 1). Şekil 2. Caminin duvarlarında çatlak ve hasarlar

3 3. BELİRLENEN HASARLAR Cami çok sayıda depreme maruz kalmıştır. Bu sebepten ve yeterli bakımın yapılmamasından değişik kısımlarında hasar oluşmuş, sıvalar düşmüş, çatlaklar meydana gelmiştir. Cami aynı zamanda değişik yapısal değişikliklere de uğramıştır. Ana değişiklik dış kenarda ticari hacimlerin oluşturulması sebebiyle yapılmıştır. Değişik zamanlarda büyük depremlerim de meydana geldiği Polovdin (Filibe) oldukça faal bir sismik bölgede bulunmaktadır. Kaynaklara göre son en büyük deprem 1928 de 7.0 Richter büyüklüğünde meydana gelmiş olup, caminin duvarlarında, kubbelerde ve tonozlarında akıntıya sebep derecede büyük çatlaklar meydana getirmiştir. Bunun yanında kubbelerde ve tonozlarda çevre şartlarından hasar meydana gelmiştir. Ayrıca, camiye komşu olan Roma kalıntılarında yapılan kazılarda mevcut çatlaklarını büyüdüğü ve yenilerin oluştuğu bildirilmiştir. Meydana gelen bu çatlak ve hasarlar, yapının bütünlüğünü önemli derecede bozmasına rağmen yakın tarihte hiç bir onarım ve güçlendirme sözkonusu olmamıştır. İlk defa bu çalışmalarda kapsamlı bir onarım, güçlendirme ve restorasyon planlanmıştır (Şekil 2). Camiye komşu alanda yapılan kazılarda zemin seviyesinin değiştirilmesinden dolayı, camide yapısal problemler daha önemli duruma gelmiştir. Roma kalıntılarının camiye yakın olması yanında, kazıların muhtemelen gerekli tedbirler alınmadan yapılması, zemin seviyesinin caminin temel seviyesine indirilmesi, yapıda çıkan çatlak ve hasarların en önemli sebebi olarak görülebilir. Şekil 2 de yapısal duvarlarda belirlenen bazı hasarlar görülmektedir. Bunun dışında temiz ve pis su sistemindeki kaçakların da hasarda etkisi olduğu muhtemeldir. Ancak, ana sebebin çevre şartları ile zemin seviyesinin değiştirilmesi olduğu söylenebilir. Zamanla bu çatlak ve hasarlar ilerleyerek yapının bütünlüğünü tehdit eder duruma gelmiştir. Bütün bu olumsuz şartları tespit edilmesinden sona, İstanbul Büyükşehir Belediyesi hasarların önünü almak için kapsamlı bir onarım, güçlendirme ve restorasyon faaliyeti başlatmıştır. Böylece yapının tarihi özelliliğine uygun olarak kullanımının sağlanması amaçlanmaktadır. Bu amaçla sismolojik, geoteknik ve yapısal mühendislik incelemeleri yanında mimari inceleme yapılmıştır. 4. GEOTEKNİK İNCELEME Geoteknik incelemem Bulgaristan Su ve Kanal Proje bölümü tarafından gerçekleştirilmiş, bu amaçla yapının çevresinde toplam boyu 37.75m olan beş sondaj yapılmış ve iki inceleme kazı çukuru açılmıştır. Böylece caminin temelinin derinliği belirlenmiş ve zeminden örselenmemiş numuneler alınarak zeminin fiziksel ve mekanik özellikleri tespit edilmiştir. Cami, Polovdin (Filibe) merkezinde yer almakta olup, zemin yüzü kuzey ve kuzey-doğuya doğru bir eğime sahiptir. Zeminin yüzey tabakası kumlu-kil ve killi-kum özelliğinde olup, molozlar, bu tabakada eski duvar parçaları ve kaya parçaları bulunmaktadır. Bu tabakanın kalınlığı yapının kuzey-doğusunda 2.60m ve güney-batısında 3.40m dir. Bu zemin için birim hacim ağırlığı γ = 19 ~ 20kN/m 3, kohezyon c = 60kN/m 2 ve kayma sürtünme açısı φ = 25 ~ 29 olarak tespit edilmiştir. Güneyde bu tabaka üzerinde ince bir dolgu ve üzerinde bitkisel toprak bulunmaktadır. Zeminde ikinci tabakayı kil-siltli kumlu-killi kum oluşturmaktadır. Açık kahverenkli olan bu tabakanın kalınlığı 2.60m ile.50m arasında değişmektedir. Örselenmemiş zemin numunelerinden birim hacim ağırlığını γ = 18 ~ 21kN/m 3, kohezyonu c = 30 ~ 60kN/m 2 ve kayma sürtünme açısının φ = 19 ~ 35 olarak elde edilmiştir. Bu tabakanın altında bölgeye has saynit tabakası yer almaktadır. Bu tabaka caminin güney-doğu bölümünde

4 yüzeye yakın bulunurken, kuzeyde.5m derinlikte ve güney-batıda 6.0m derinlikte tespit edilmiştir. Polovdin (Filibe) nin tepelerinde bulunan kayalar granit türündendir. Saynitler kuvarsı olmayan veya az olan kayalardır. Geoteknik incelemede yeraltı suyuna rastlanmamıştır. Bölgenin sismik özelliğine göre sismik katsayısı 0.27 olarak verilmektedir. 5. YAPISAL MODEL VE ÇÖZÜM Caminin yapısal sistemi, çevredeki yığma duvarlardan, orta bölümdeki düşey taşıyıcı sütunlarda elemanlardan, kubbelerden ve tonozdan oluşmaktadır. Yığma yapının gevrek davranışından dolayı yapı elastik sonlu eleman kullanılarak modellenmiştir. Modellemede amaç yapının düşey ağırlık yükleri yanında, yatay deprem yükleri altındaki davranışının belirlenmesi olmuştur. Modellemede sonlu eleman sayısını minimum tutabilmek için yapının karmaşık geometrisinde bazı basitleştirilmelere gidilmiştir. Ancak camimin yapısal davranışını yeterli yaklaşımla belirlenmesine de özen gösterilmiştir. Modellenme amacıyla SAP 2000 sonlu eleman programı kullanılmıştır [2]. Yapının dış duvarları üç boyutlu hacim sonlu elemanlar, minare ve orta bölümdeki sütunlar iki boyutlu kabuk elemanlar olarak ve tonozların güçlendirilmesinde kullanılan çelik elemanlar bir boyutlu çubuk sonlu elemanlar olarak modellenmiştir. (Şekil 1 ve Şekil 3). Yapının duvarları esas olarak an az üç ana malzemeden oluşmaktadır: taş, tuğla ve harç (sıva). Ancak modellemede yapının genel davranışı söz konusu olduğu için taşıyıcı elemanların tek bir malzemeden oluştuğu kabul edilmiş ve ilgili birim hacim ağırlığı, elastisite modülü ve Poisson oranı kullanılmıştır. Modelde yapısal çözüm iki defa yapılmıştır. Bunlardan birincisi mevcut durumda gerilme durumunu belirlemek ve ikincisi güçlendirme müdahalelerini de katarak bunların etkisini belirlemek için yapılmıştır. Yapılan temel tespitlerine göre, yapının duvarlarının zemin yüzünden yaklaşık 5.0m aşağıda bulunmaktadır. Yapının aşağıdaki üç yük altında bulunduğu kabul edilmiştir: Şekil 3. Minare ve dış çevre duvarlarla ilgili mod şekilleri (T =1.29s ve T = 0.39s) a. Yapının kendi ağırlığı: Yapı malzemesinin birim hacim ağırlığı (γ = 17kN/m 3 ), elastisite modülü (E=00MPa) ve Poisson oranı (ν = 0.2) kabul edilerek ağırlık etkisi gözönüne alınmıştır. Karşı gelen uygun birim hacim kütlesi kullanılarak dinamik sismik çözüm yapılmıştır.

5 Başlık kirişi (50/60) 1/5 eğimli mini kazık MEVCUT TABAN KAYASI Başlık kirişi (50/60) 1/5 eğimli mini kazık b. Spekral sismik çözüm: Yapılan çözümde sabit spektral katsayı S(T) = 2.5 ve etkili deprem katsayısı A o = 0.4 [1] kabul edilmiştir. Çözümde ilk on serbest titreşim modun katkısı hesaba katılırken, deprem etkilerinin belirlenmesinde mod etkilerinin birleşimi yöntemi benimsenmiş ve tam karesel birleştirme yöntemi kullanılarak, yapının düşey ve deprem etkileri altında elastik davranışını elde etmek amaçlanmıştır. Yığma yapının doğrusal olmayan davranışında, çekme gerilmelerinin malzemenin çekme dayanımına erişmesi ile oluşan çatlamalar ve zayıflamalar meydana gelir. Bu doğrusal olmayan davranıştan oluşan kapasite artımı, bütün periyotlarda deprem yükü azaltma katsayısı R a = 2 kullanılarak gözönüne alınmıştır. Yapının birinci ve ikinci mod şekilleri göreceli olarak oldukça elastik olan minarenin iki doğrultudaki titreşimine (T 1 ve T s) karşı gelmektedir. Geri kalanları ise (T 3 ve diğerleri 0.39s) yapısal sistemin titreşimine karşı gelmektedir. Ancak minarenin yüksek modları da bunlar arasında bulunmaktadır. c. Zaman tanım alanında sismik çözüm: Yapının bulunduğu bölgeye ait bir deprem kaydı bulunamadığı için, büyüklüğü 5.9ML olan Ceyhan Depremi nin üç doğrultudaki kaydı kullanılmıştır. Düşey kayıt değiştirilmeden aynen kullanılırken, yatay kayıtlar kıble ve ona dik doğrultuda kabul edilerek iki ayrı elastik çözüm yapılmıştır. Her bir çözümde kayıtların en büyük ivmesi 0.4g değerine yükseltilerek kullanılmıştır. Şekil 4. Kubbelerin ve tonozların güçlendirilmesi ve temelin güçlendirilmesi Tarihi yapı büyük kesitli gevrek malzeme ile inşa edildiği için, sismik davranışın oluşturduğu gerilmelerin elastik sınırda kaldığı kabul edilebilir. Genel olarak yığma bir yapının belirli bir doğrultuda deprem etkisindeki davranışı bu doğrultudaki duvarların alanına bağlıdır. Elde edilen sonuçlardan gerilmelerin genellikle taşıyıcı sistem elemanlarında aşağı seviyelere indikçe arttığı görülmektedir. Ayrıca, köşelerde gerilme yığılmaları da mevcuttur. Beklendiği gibi, düşey normal gerilmeler yukarıdan aşağıya doğru artarak en büyük değerine en altta erişmektedir. Bunun yanında geometrik süreksizliklerde, pencere ve kapı boşluklarında

6 gerilme yığılmaları da ortaya çıkmaktadır. Kubbelerin ve tonozların ağırlıkları çevredeki duvarlara iletildiği için, bu duvarlar altındaki zemin gerilmeleri göreceli olarak büyüktür. Bunun yanında orta bölümde bulunan sütun ayaklarının mesnetlenme alanının küçük olduğu için, altındaki zemin gerilmeleri de büyük olarak ortaya çıkmaktadır. Yapılan çözümde en büyük basınç ve çekme gerilmelerinin konumları belirlenerek, sayısal çözüm ile mevcut durumun uyuşma derecesi araştırılmıştır. Yüksek çekme gerilmeleri yığma elemanlarda çatlama ve yüksek basınç gerilmeleri de ezilmelere sebep olabileceği kabul edilebilir. DIŞ İÇ Rölöve düzlemi 45 dolgu yüzey pürüzlendirilecek Adet Ø Düşey mini kazık 50 MALZEME: C25/S420 Enjeksiyon betonu A Horasan Harçlı Moloz Taş Temel 8 Adet Ø 20 L=220 L=220 L= L= KESİTİ 1/5 eğimli mini kazık MEVCUT TABAN KAYASI 1-1 KESİTİ 20 MİNİ KAZIK EN KESİTİ Çelik boru t:5.5 mm Ø:0 mm Şekil 5.Yapının temel güçlendirilmesinde mikro kazıkların kullanımı 6. YAPININ ONARIM VE GÜÇLENDİRİLMESİ Tarihi yapının çok sayıda deprem geçirdiği ve karşı durduğu da gözönünde tutularak, yapının duvarları, kubbeleri ve tonozları özenli biçimde incelenmiştir. Yapıya gerekli özen gösterilmemesi ve zorlu çevre şartlarının etkisinden hasar görmüştür. Bunun yanında hasarın en önemli sebebi tarihi kalıntılar için yapılan kazılar sebebiyle yapıya komşu zemin seviyesinin indirilmesi olmuştur. Bu sebeplerde dolayı güçlendirme önerileri bir kaç kısımdan oluşmaktadır. Gözlemler yapıdaki en önemli hasarın yapıya yakın yapılan kazı sırasında zemin seviyesinin değiştirilmesi sebebiyle ortaya çıktığını göstermektedir. Güçlendirmede buna uygun olarak genel kullanım alanı bulan mikro kazıklar uygulaması benimsenmiştir [3]. Mikro kazıkların taşıyıcı duvarların ve orta sütunların altında kullanılarak, yapısal yüklerin alınarak daha derindeki zemin tabakalarına iletilmesi ve oluşabilecek temel oturmasının önlenmesi amaçlanmıştır. Mikro kazıkların çaplarının çapının 0.20m olması, içinde 0mm çapında ve 5.5mm kalınlığında bir çelik borunun bulunması öngörülmüştür. Mikro kazıklar yerinde eklenerek imal edilmişti (Şekil 4, Şekil 5 ve Şekil 6). Ayrıca, kubbelerin yapısal bütünlüğünü sağlamak, mesnet tepkilerini almak ve mesnetlerde açılmaları önlemek için, lifli polimer şeritlerin dönel simetrik biçimde kullanımı öngörülmüştür. Ancak, planda dikdörtgende bulunması sebebiyle aynı işlemin tonozlardaki etkinin zayıf olacağı kabul edilerek kullanımı önerilmemiştir. Tonozlarda lifli plastik polimer şerit uygulaması yerine NPU120 çelik profillerin planda dikdörtgen biçiminde kullanımı benimsenmiştir. Ayrıca, bu elemanların mevcut tonozlarla bütünleşmesini sağlamak için, ek tedbirler alınmış ve bunların mesnetlerde karşılıklı bağlanması sözkonusu olmuştur. Buna ek

7 olarak yapısal bütünleşmenin sağlanması amacıyla, dış taşıyıcı duvarlarda, kubbelerde ve tonozlarda eksik ve hasarlı yığma birimlerin yenilenmesi, çatlakların ve hasarların özel hazırlanmış harç kullanarak onarılması önerilmiştir. Ayrıca, çatıdan gelen sular da dahil olmak üzere, yüzey sularının camimin dışına alınarak uzaklaştırılması öngörülmüştür. Bu çerçevede su kaçaklarının önlenmesi için, binanın sıhhi tesisat borularının sağlıklı biçimde çalışması için özen gösterilmesi önerilir. TEŞEKKÜR Şekil 6. Temelde mikro kazıkların düzeni Yazarlar Taşyapı İnşaat Sanayi ve Ticaret A.Ş. ne bu incelemedeki desteği için teşekkürlerini sunar. KAYNAKLAR 1. Deprem Yönetmeliği 2007, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara. 2. SAP2000, Structural Analysis Program, Computers and Structures, Inc., Güler, K., Sağlamer, A., Celep, Z., Pakdamar, F. 2004, Structural and earthquake response analysis of The Little Hagia Sophia Mosque" Paper no. 2652, 13 th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, B.C., Canada. August 1-6, 2004.