TRABZON ORTAHİSAR FATİH CAMİİ RESTORASYONUNA YÖNELİK ONARIM VE GÜÇLENDİRME ÇALIŞMALARI

Transkript

1 TRABZON ORTAHİSAR FATİH CAMİİ RESTORASYONUNA YÖNELİK ONARIM VE GÜÇLENDİRME ÇALIŞMALARI REPAIR AND STRENGTHENING WORKS AT TRABZON ORTAHISAR FATIH MOSQUE İsmet ÇALIK 1, Alemdar BAYRAKTAR 2, Temel TÜRKER 3 Emin HÖKELEKLİ 4 ve Ali Osman AYAN 5 ÖZET 10.yy dan bugüne varlığını sürdürmekte olan Ortahisar Fatih Camii, Trabzon İlinin en görkemli eserlerinden birisidir. Bizans Kralı Konstantin in bölgeyi yönetimine verdiği yeğeni Hannibalinos tarafından 914 yılında yaptırıldığı ve I. Andronikos ( ) tarafından genişletilerek bugünkü haline çok yakın şekline getirildiği birçok kaynak tarafından doğrulanmaktadır. Şehrin merkez kilisesi durumundaki eser, Fatih Sultan Mehmet in 1461 yılında Trabzon u fethiyle beraber camiye çevrilmiş olup, günümüze kadar bu işlevini sürdürmektedir. Eser 2016 yılı içerisinde Vakıflar Genel Müdürlüğü tarafından restorasyona alınmış ve sökülen sıvaların altından yapıda çeşitli yerlerde derin çatlakların varlığı ortaya çıkmıştır. Çatlakların tespitinin ardından yapı, Çevresel Titreşim Testi ve çatlak ölçümü gibi deneysel yöntemlerle incelenmiştir. Yapının mevcut durumuna ilişkin analitik model oluşturulmuş ve üç boyutlu model Çevresel Titreşim Testi yardımıyla belirlenen dinamik karakteristikler yardımıyla kalibre edilerek nihai analitik model elde edilmiştir. Nihai analitik modelin üzerinden statik ve dinamik analizler gerçekleştirilerek yapının performans değerlendirilmesi yapılmıştır. Akabinde eserin yapısal hasarlarına yönelik yapılacak onarım ve güçlendirme önerileri belirlenmiş ve bu önerilerin sahadaki gerçekleştirilen uygulamaları sunulmuştur. Anahtar Sözcükler: Trabzon Ortahisar Fatih Camisi, Çevresel titreşim testi, Sonlu eleman model kalibrasyonu, Yığma yapı onarım-güçlendirme ABSTRACT As one of the most monumental structures in Trabzon, Turkey, Province, Ortahisar Fatih Mosque dates back to 10th century. It is verified in various sources that, the mosque was built in 914 by Byzantine Emperor Constantine s nephew, Hannibalinos, who was granted the sovereignty over the region, and it was extended by I. Andronikos ( ) taking a very close shape to its current form. The structure, serving as the central church of the city, was converted to mosque by Fatih Sultan Mehmet in 1461 upon the conquest of the city. The structure underwent a restoration by General Directorate of Foundations and deep crack formations were detected under the removed plasters. After the detection of cracks, the structure was investigated using experimental methods such as ambient vibration testing and crack measurement. An analytical model was built for its current condition and this model was calibrated using the dynamic characteristics, specified after Ambient Vibration Test, to obtain the final analytical model. Static and dynamic analyses were performed on the final analytical model for performance evaluation of the structure. Afterwards, repair and strengthening suggestions were determined for repairing the structural damages of the building and the applications used in the field were presented. Keywords: Trabzon Ortahisar Fatih Mosque, Ambient vibration test, Finite elements model calibration, Repair and strengthening of masonry structures 1 Dr., Erzurum Vakıflar Bölge Müdürlüğü, Erzurum, ismetcalik@yahoo.com 2 Prof. Dr., alemdarbayraktar@gmail.com 3 Doç. Dr., Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, temelturker@ktu.edu.tr 4 Yd. Doç. Dr.,Bartın Üniversitesi, Bartın, ehokelekli@bartin.edu.tr 5 Mimar, Vakıflar Bölge Müdürlüğü, Trabzon, aoayan@vgm.gov.tr 69

2 GİRİŞ Taşınmaz kültür varlıkları, çeşitli medeniyetlerin dünyada bıraktıkları ve sürdüre geldikleri kültürlerin vücut bulmuş halleridir. Sosyal yaşamın gereksinimleri olan hanlar, hamamlar, çeşmeler, kervansaraylar, stadyumlar, konutlar gibi örneklerinin yanında taşınmaz kültür varlıklarının en görkemli örneklerine tapınaklar ve ibadethaneler gibi dini yapılarda rastlanılmaktadır. Medeniyetler, önemli tapınakları genellikle yerleşim yerlerinin merkezinde teşkil etmiş, peşi sıra gelen medeniyetler de genellikle bu alanları kullanarak ya kendi ibadethanelerini inşaa etmişlerdir ya da mevcut ibadethaneleri kendi dini anlayışına göre şekillendirmişlerdir. Bu çalışmada, yılları arasında Trabzon Vakıflar Bölge Müdürlüğü tarafından restore edilen, kiliseden çevrilen tarihi Trabzon Ortahisar Fatih Camisinin restorasyon süreci, yapısal müdahalelere esas teşkil eden modelleme, çevresel titreşim testi ile dinamik karakteristik belirlenmesi ve model kalibrasyonuna ilişkin işlemler ve saha uygulamaları sunulmuştur. Özellikle yapısal çatlaklara müdahaleler ve güçlendirme imalatlarının detaylı incelendiği çalışma ile eserin restorasyonunun kayıt altına alınması ve uygulanan onarım ve güçlendirme tekniklerinin esere etkisinin ortaya koyulması hedeflenmiştir. GENEL BİLGİLER Büyük Fatih Cami, Trabzon Merkez Ortahisar Mahallesi 21 pafta, 130 ada ve 3 parselde yer almaktadır. Eser Trabzon un ilk yerleşim alanlarından Ortahisar bölgesinin merkezinde yer almaktadır. Yapı, Mazbut Fatih Sultan Mehmet Vakfına ait olup, idaresi ve temsili Vakıflar Genel Müdürlüğü tarafından yürütülmektedir. Yapıya ait restorasyon öncesi görseller Şekil 1 de sunulmuştur. Şekil 1. Büyük Fatih Camii restorasyon öncesi görselleri Yapının inşa tarihi kesin olarak bilinmese de tahminen Konstantin in bölgeyi yönetimine verdiği yeğeni Hannibalinos tarafından 914 yılında kilise olarak yaptırıldığı bilinmektedir (Özen vd., 2010) yılında Fatih Sultan Mehmet Han tarafından şehrin fethedilmesiyle birlikte, yapı camiye çevrilmiş ve daha sonra minaresi eklenmiştir. Üç nef, bir transept ve bunların kesişim noktasında bir kubbe, narteks, dış narteks ve kuzey girişine sahip olup, orijinal tek apsisi orta nefin sonundadır (Özen vd., 2010). Fatih Büyük Camii taşıyıcı duvarları, kubbe, tonoz ve kemerlerinde, taş, tuğla ve harç; minarede ise kesme taş ve harç kullanılmıştır. Günümüze kadar farklı dönemlerde müdahaleler görmüştür. Doğu apsis kısmı düzgün kesme taşla kaplanmıştır. Yapının dıştan dışa boyutları 42.33mx17.23m olup, son cemaat uzunluğu 6.75m dir. Taş duvar kalınlığı ortalama 110cm dir (Çalık, 2017). Yapının kuzey cephesinde yer alan minare, çokgen kaideli, soğan pabuçlu ve taş külahlı, silindirik gövdelidir. Kesme taş malzeme ile inşa edilmiş minarenin toplam yüksekliği 35.78m olup, kaide genişliği 2.80m dir. Bölgedeki kesme taş minareler arasındaki en zarif örneklerinden birisidir. Şekil 2 de caminin restorasyon projesinden bazı görünüşler sunulmuştur (Çalık, 2017). 70

3 Şekil 2. Büyük Fatih Camii plan, kesit ve görünüşü (Çalık, 2017) CAMİNİN HASAR DURUMUNUN DEĞERLENDİRİLMESİ Fatih Büyük Camii ve minaresi restorasyondan önce ibadete açık olup, yapısal anlamda herhangi bir ciddi hasarı belli olmayan bir durumdaydı. Cami iç ve dış taşıyıcı taş duvarları ile kubbe iç kısmı sıvalı ve boyanmıştır. Restorasyon sırasında sıvalar sökülmüştür. Genel olarak cami dışarıdan iyi görünmekle birlikte, yapısal davranışı etkileyebilecek aşağıdaki durumlar gözlenmiştir: Duvar derzlerinde boşalma ve bağlayıcı harçta bozulmalar vardır. Taşıyıcı duvarlarda sonradan kapatıldığı anlaşılan pencereler bulunmaktadır. Batı, kuzey ve güney duvarlarında yaklaşık 10cm genişlikli geniş düşey çatlaklar oluşmuştur. İki farklı duvar birleşimlerinde açılmalar vardır. İç kolonlarda patlama ve çatlaklar oluşmuştur. Kemer üstü, duvar içi ve diğer ahşap elemanlarda çürümeler oluşmuştur. Zemin kotu altı duvar yüzeylerinde nemlenme vardır. Kemer ve tonozlarda çatlaklar oluşmuştur. Eserin hasarlarını gösterir fotoğraflar Şekil 3 te sunulmuştur. Şekil 3. Büyük Fatih Camii hasar örnekleri 71

4 Dinamik Karakteristiklerin Belirlenmesi DENEYSEL ÇALIŞMALAR Fatih Büyük Camii nin dinamik karakteristikleri olarak adlandırılan doğal frekansları, mod şekilleri ve modal sönüm oranları Çevresel Titreşim Testi Yöntemiyle belirlenmiştir. Ölçümlerde taşıt titreşimlerinden ve rüzgardan oluşan çevresel titreşimlerden yararlanılarak sismik özellikte sinyalleri ölçme özelliğine sahip hassas ivmeölçerlerle caminin dinamik özellikleri elde edilmiştir. Çevresel titreşim testinde cami duvarları ve kubbesinden enine ve boyuna doğrultularda ölçümler alınmıştır (Şekil 4). Şekil 4. Ölçüm ve veri toplama sistemine ait görüntüler Ölçümler otuz dakika süreyle referanslı olarak gerçekleştirilmiştir. Ölçümlerde, 1 adeti referans olmak üzere toplam 13 adet ivmeölçer kullanılmıştır. İvmeölçer yerleşimleri Şekil 5 te verilmektedir. İvmeölçerlerden gelen sinyaller veri toplama ünitesi yardımıyla toplanmış ve bilgisayara aktarılmıştır (Şekil 5). Şekil 5. Dinamik ölçüm için ivmeölçer yerleşim düzeni Ölçümlerden elde edilen sinyaller analiz edilmiş ve değerlendirilmiştir. Geliştirilmiş Frekans Tanım Alanında Ayrıştırma (GFTAA) Yöntemi kullanılarak, analiz edilen sinyallerden caminin doğal titreşim frekansları, mod şekilleri ve modal sönüm oranları belirlenmiştir. Ölçümlerden elde edilen frekans spektrumu Şekil 6 de verilmektedir. Frekans spektrumundan elde edilen ilk üç doğal frekans ve modal sönüm oranları Tablo 1 de, mod şekilleri ise Şekil 7 de verilmektedir. 72

5 Şekil 6. Ölçümlerden elde edilen GFTAA Yöntemine ait spektrumlar Tablo 1. Ölçümden elde edilen doğal frekanslar ve sönüm oranları Mod Numarası Frekans (Hz) Modal Sönüm Oranı (%) Mod (Enine hareket) 2. Mod (Boyuna hareket) 3. Mod (Burulma hareketi) Şekil 7. Ölçümlerden elde edilen ilk üç mod şekli Çatlak İzlenmesi Duvarlarda görülen çatlakların hareketini ve canlılığını belirlemek amacıyla, uzaktan erişimli bir çatlak ölçüm sistemiyle Camide 1 ay süreyle çatlak izlemesi yapılmıştır (Şekil 8). Her 5 dakikada bir veri alınmak suretiyle elde edilen aylık grafik Şekil 9 da verilmektedir. Çatlaktaki değişimin sunulduğu bu grafik, başlangıçtaki çatlak genişliği referans alınarak çizilmiştir. Bu grafikten çatlaktaki hareketin ortam sıcaklığı ve yükleme durumlarına bağlı olarak anlık küçük değişimler gösterdiği, fakat çatlak genişliğinde belirgin bir artış olmadığı tespit edilmiştir. Şekil 8. Çatlak ölçere ait görüntüler 73

6 Şekil 9. Duvara yerleştirilen çatlak ölçerden elde edilen aylık verilerin değişimi Analitik Modelin Oluşturulması CAMİNİN YAPISAL ANALİZ VE DEĞERLENDİRMELERİ Fatih Büyük Camii nin restorasyon ve rölöve projelerine göre hazırlanan üç boyutlu katı modeli AutoCAD programı kullanılarak pencerelerin kapalı ve açık olması durumlarına göre ayrı ayrı oluşturulmuştur (Bayraktar, 2016). Caminin Sonlu Elemanlar Modelinin (SEM) oluşturulmasında ABAQUS V10 programı kullanılmış ve üç boyutlu katı tetrahedral sonlu elemandan faydalanılmıştır. Pencerelerin kapalı olması durumuna ait SEM oluşturulmasında adet tetrahedral katı eleman ve adet düğüm noktası kullanılmıştır (Şekil 10). Şekil 10. Pencerelerin kapalı olması durumu katı model ve sonlu eleman modeline ait görünüşler Kapalı pencerelerin açık olması durumuna ait sonlu elemanlar modelinin oluşturulmasında adet tetrahedral katı eleman ve adet düğüm noktası kullanılmıştır (Şekil 11). Şekil 11. Pencerelerin açık olması durumu katı model ve sonlu eleman modeline ait görünüşler 74

7 Deneysel olarak belirlenmiş duvar malzeme özellikleri ile literatür bilgileri kullanılarak EN e göre analizde kabul edilen yığma taş ve tuğla duvar mekanik özellikleri Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 2. Yığma duvar malzeme mekanik özellikleri Mekanik Taş Duvar Tuğla Duvar Basınç Dayanımı (MPa) Çekme Dayanımı (MPa) Elastisite Modülü (MPa) Poison Oranı Yoğunluk (kg/m 3 ) Analitik Modelin Deneysel Ölçüm Sonuçlarına Göre İyileştirilmesi Model kalibrasyonu (iyileştirilmesi) öncesi yapılan başlangıç modal analiz sonucu elde edilen ilk üç teorik doğal frekans değeri Tablo 3 te sunulmaktadır. Tablo 3 ten teorik olarak elde edilen frekans değerleri ile deneysel frekans değerleri arasında oldukça fark olduğu görülmektedir. Teorik olarak elde edilen frekans değerleri deneysel frekans değerlerine yaklaştırılarak yapının sonlu elemanlar modeli kalibre edilmiştir. Sonlu eleman modeli iyileştirme işleminde malzeme özellikleri kullanılmıştır. Kalibre edilmiş teorik frekans değerleri Tablo 3 te verilmektedir. Model kalibrasyonu yapının mevcut haline göre yapılmış ve kalibrasyonu sonrası yığma taş duvar elastisite modülü 1130 MPa olarak belirlenmiştir. Mod Numarası Tablo 3. Kalibrasyon öncesi ve sonrası frekanslar SEM Kalib. öncesi (Hz) SEM Kalib. sonrası (Hz) Deneysel (Hz) Kalib. Sonrası Fark (%) Modelin kalibrasyonu ile elde edilen son model, mevcut durum ve pencerelerin açılması durumuna göre ayrı ayrı incelenmiş ve eserin sonradan kapatılan pencerelerinin restorasyon sonrası açılmasının yapısal davranışa olumsuz etkileri olmadığı belirlenmiştir. Bunun yanında gerek yapısal çatlaklar gerekse de eleman kayıplarının giderilmesi adına çeşitli uygulama önerileri geliştirilmiş ve bu öneriler hayata geçirilmiştir. ONARIM VE GÜÇLENDİRME ÖNERİLERİ Gözlemsel inceleme, analiz ve değerlendirmelere göre, aşağıdaki onarım ve güçlendirme önerilerinin uygulanması önerilmiştir: Güney tarafında bulunan yoldan kaynaklı yoğun araç trafiği titreşimlerinin cami taşıyıcı sistemine etkisini azaltmak için yol ile cami duvarları arasındaki zemin kazılarak boşluk bırakılması uygun görülmüştür. Bu işlem sırasında yol tarafına (güney cephesi) temel kotu altına kadar taş yada ön yüzeyi taş kaplamalı betonarme istinat duvarı yapılması önerilmiştir. Caminin drenaj uygulamasının mümkün olduğu kadar derinde yapılması, yapının su ve nemden arındırılması için orijinal duvar ve çevre kotu ilişkisine göre yerinde çözümlerin yapılması önerilmiştir. 75

8 Cami taşıyıcı duvarlarında özellikle çatlak oluşan ve boşluklu içyapıya sahip kısımlarda özgüne uygun malzeme ile duvar içi enjeksiyonu yapılması önerilmiştir. Minare ve taşıyıcı duvarlarda derz temizliğinin derinliğine yapılması ve özgüne uygun malzeme ile derzlerin yeniden tamamlanması uygun görülmüştür. Minare ve cami taşıyıcı duvarlarında yapısal çatlaklar temizlendikten sonra kılcal çatlakların, özgün harç kalitesine uyan bir malzeme (örneğin hidrolik kireç esaslı enjeksiyon harcı gibi) ile düşük basınç altında doldurulması, geniş çatlakların çevresinin gereği kadar çürütülerek çatlağın genişletilmesi, dokunun özgüne uygun taş ve harçla şaşırtmalı duvar örgü tekniğine göre iç kısımlarında paslanmaz metal kenetler kullanılarak yeniden oluşturulması önerilmiştir. Batı ve diğer cephelerde çatlak oluşmuş pencere alt ve üst yekpare taşlarının paslanmaz metal kenetle bağlanması ya da taşların yekpare olarak yenileriyle değiştirilmesi önerilmiştir. Cami taşıyıcı duvarlarının çatı seviyesindeki taş hatıllarının 30x15mm lik paslanmaz çelik lama elemanlarla boydan boya birbirine ankrajlı bağlanması önerilmiştir. İç kemerlerde 30x30mm lik paslanmaz çelik gergi elemanlarının kullanılması önerilmiştir. Duvar iç kısımlarında çürümüş olan ahşap elemanların, cinsine uygun kuru, sert ve emprenye edilmiş ahşap elemanlarla değiştirilmesi önerilmiştir. UYGULAMA Yapılan tespitlere ve analizlere göre düzenlenen revize restorasyon projeleri doğrultusunda gerçekleştirilen uygulamalar aşağıda açıklanmıştır: Eserin güney tarafında bulunan yoldan kaynaklı yoğun araç trafiği titreşimlerinin cami taşıyıcı sistemine etkisini azaltmak için yol ile cami duvarları arasındaki zemin kazılarak boşluk bırakılmıştır. Cami güney cephesinde dolgu altında kalan beden duvarı açıkta bırakılarak eserin sudan etkilenmesi ve nem oluşumunun önüne geçilmiştir. Caminin etrafında drenaj uygulaması cami, yol, zemin ve akar kotları değerlendirilerek gerçekleştirilmiştir. Cami taşıyıcı duvarlarında oluşmuş çatlaklar, kısmi söküm, yapım, dikiş, metal elemanlarla dikiş ve hidrolik kireç esaslı enjeksiyon harcı ile enjeksiyon yöntemleri kullanılarak giderilmiştir (Şekil 12). Şekil 12. Duvar içi metal dikiş fotoğrafları Eserin güneybatı köşesindeki giriş üstündeki tonoz, statik sorunları nedeniyle sökülerek önemli bir kısmı orijinal malzemeden olmak üzere yeniden teşkil edilmiştir. Minare ve taşıyıcı duvarlarda derz temizliği derinliğine yapılmış ve özgüne uygun malzeme ile derzler yeniden yapılmıştır (Şekil 13). Batı ve diğer cephelerde çatlak oluşmuş pencere alt ve üst yekpare söve taşları paslanmaz metal kenetle bağlanmış ve gerekenler yekpare olarak yenileriyle değiştirilmiştir. 76

9 Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu / Kasım 2017 Şekil 13. Beden duvarlarındaki derzlerin yenilene işleri Cami taşıyıcı duvarlarının çatı seviyesindeki taş hatıllarının 30x15mm lik paslanmaz çelik lama elemanlarla boydan boya birbirine bağlanmış, metal elemanlar, duvar üstü taş hatıllarına 60cm ara ile 55cm uzunluklu 14mm lik tijlerle (çelik donatı) ankre edilmiştir. Tij deliklerindeki boşluklar hava ile temizlenerek kimyasal epoksi malzeme ile doldurulmuştur (Şekil 14). Şekil 14.Beden duvarı üstü çelik donatı ankrajı işlemi İç kemerlerde 30x30mm lik paslanmaz çelik gergi elemanlar yerleştirilmiştir. Duvar iç kısımlarında çürümüş olan ahşap elemanların, cinsine uygun kuru, sert ve emprenye edilmiş ahşap elemanlarla değiştirilmiştir. Eserde beden duvarlarında orijinal halinde olan ve sonradan kapatılan pencereler projesine ve orijinaline göre açılmıştır (Şekil 15). Şekil 15.Dolu pencere boşluklarının açılması işlemi SONUÇLAR ve ÖNERİLER Bu çalışma kapsamında Trabzon Ortahisar Fatih Büyük Camisinde gerçekleştirilen inceleme, deneysel ölçüm, analiz, onarım ve güçlendirme uygulamalarına yönelik çalışmalar özetle sunulmuştur. Dönemsel müdahalelerle kapatılmış olan beden duvarlarındaki pencerelerin açılmasıyla yapı özgün kimliğine kavuşmuştur. Eserde restorasyon sonrası dinamik karakteristiklerin tekrar belirlenip, yapım 77

10 aşamasında öngörülen analizlerin yeni duruma göre yapılacak olanlar ile kıyaslanması restorasyon etkilerinin ve müdahale biçimlerinin değerlendirilmesi açısından yararlı görülmektedir. Teşekkür Bu çalışma, 106M038 numaralı TÜBİTAK ve KTÜ BAP Projeleri ile oluşturulan ölçüm imkânları ile gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında verdikleri izinler ve destekler dolayısı ile Trabzon Vakıflar Bölge Müdürlüğüne ve değerli personeline teşekkür ederiz. KAYNAKLAR ABAQUS (2010) Dassault Systèmes Simulia Corp., Providence, Rhode Island, USA. Bayraktar, A., (2016) Trabzon Ortahisar Fatih Büyük Camii nin Sıva Sökülmesi Sonrası Görülen Örülmüş Pencerelerinin Açılmasının Yapısal Davranışına Etkisinin Değerlendirmesi, Trabzon. Çalık, İ., (2017) Tarihi Cami ve Minarelerin Deneysel Dinamik Karakteristiklerinin Belirlenmesi ve Restorasyon Etkilerinin Değerlendirilmesi, Doktora Tezi, KTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon. Özen, H., Tuluk, Ö. İ., Engin H. E., Düzenli H.İ., Sümerkan, M.R., Tutkun, M., Demirkaya, F. Ü. ve Keleş, S., (2010) Trabzon Kent İçi Kültür Varlıkları Envanteri, Trabzon Valiliği İl Kültür ve Turizm Müdürlüğü Yayınları, Trabzon. 78