Zelve Açık Hava Müzesi`ndeki (Kapadokya) kayadan oyma tarihi yapıların jeomekanik açıdan değerlendirilmesi

Abstract

Kapadokya Bölgesi'ndeki Zelve Vadisi tarih, turizm ve kültür açısından oldukça büyük bir öneme sahiptir. 1950'lerde üç kişinin yaşamını yitirmesiyle sonuçlanan duraysızlıklar nedeniyle Zelve Vadisi yerleşime kapatılmış olmasına rağmen, günümüzde halen açık hava müzesi olarak yerli ve yabancı turistlerin ziyaretine açıktır. Bununla birlikte, üç vadiden oluşan Zelve Açık Hava Müzesi'ndeki özellikle 1. Vadi'nin yamaçlarında yer yer blok düşmeleri ve süreksizlikler boyunca kaymaların yanı sıra, kavlaklanma sonucu yarı-yeraltı açıklıklarında açıklık boyutlarının genişlemesiyle, bazı açıklıklarda bırakılmış topukların yenilmesiyle ve malzeme dayanımının zamana bağlı olarak azalmasıyla duraysızlık sorunları giderek artmaktadır. Gerek bu sorunlar, gerekse Zelve Açık Hava Müzesi'nin önemi dikkate alınarak, bu çalışmada müze açısından en kritik durumdaki 1. Vadi seçilmiş ve (a) kayadan oyma açıklıkların içinde yeraldığı tüfün kısa ve uzun süreli jeomekanik davranışının, (b) atmosferik koşulların bu tüf üzerindeki etkilerinin, (c) açıklıklarda meydana gelen duraysızlık türlerinin ve bunları etkileyen faktörlerin araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla arazi gözlemleri ve ölçümleri, laboratuvar deneyleri ile 2- ve 3-boyutlu sayısal çözümleme teknikleri gibi yöntemlerden yararlanılmıştır. Ayrıca bu çalışmadan elde edilen sonuçların vadide yapılabilecek koruma ve iyileştirme çalışmalarına altlık oluşturacak katkılar sağlayabileceği düşünülmüştür. 1. Vadi'de yapılan gözlemler ve ölçümler; makaslama yenilmesi, topuktaki aşınmayla taşıma gücünün yitimi, gerilme boşalmasına bağlı kavlaklanma sonucu açıklıkların boyutlarının artması, ayrıca kaya bloklarının hareketi gibi duraysızlıkların önemli olduğunu göstermiştir. Laboratuvar deneyleri; su içeriğindeki artışa koşut olarak kaya dayanımının önemli düzeyde azaldığına ve ıslanma-kuruma ve donma-çözülme süreçlerinin kayanın dağılarak aşınmasını hızlandırdığına, dolayısıyla topuk aşınması ve kavlaklanma davranışına katkıda bulunduğuna işaret etmektedir. Zelve Vadisi'nde tüflerde yapılan uzun dönemli ölçümlere göre, aşınmanın özellikle vadi tabanına yakın yerlerde göreceli olarak önemli miktarlara ulaştığı ve aşınma miktarlarında kış ve ilkbahar aylarında artış meydana geldiği anlaşılmaktadır. 1. Vadi'nin yamaçlarının ve/veya yamaç topuklarının duraylılığıyla ilgili 100, 500 ve 1000 yıllık senaryolar gözetilerek yapılan 2-boyutlu sayısal çözümlemelerin sonuçları; açıklıkların çevresinde çekme gerilmelerinin etkin olduğunu göstermiş olup, gözlemlerle belirlenen ve kayanın açıklık duvarlarına paralel olarak dilimlenmeler halinde dökülmesiyle sonuçlanan davranışı desteklemiştir. Sayısal çözümlemeler ayrıca, yamaçlarda ve/veya yamaç topuklarında gelecekte meydana gelebilecek aşınma kaynaklı yenilme türünün, günümüzde de gözlendiği şekliyle, tekrarlı bir şekilde yamaç yüzeyinde kalın dilimlerin oluşması ve bunların yamaç yüzeyinden kopmaları şeklinde gelişeceğine işaret etmektedir. Bununla birlikte, göreceli olarak daha düzenli bir geometriye sahip üç farklı açıklık için yapılan 3-boyutlu sayısal çözümlemelerin sonuçları da, açıklık çevresinde oluşan çekme gerilmelerinin neden olduğu yenilme yüzeyinin açıklık yüzeyine paralel olacak şekilde gelişeceğine işaret etmekte olup, bu durum arazi gözlemleriyle uyum göstermektedir.

The Zelve Valley in the Cappadocia Region has a great historical, touristic and cultural importance. Although it has been closed to settlement due to some instabilities, which occurred in 1950?s and resulted in three casualties, it is still open to visits of local and foreign tourists. However, in addition to occasional slides along discontinuities and rock falls on the slopes of the 1st Valley in the Zelve Open Air Museum, consisting of three valleys, instability problems are increasing day by day due to enlargement of semi-underground openings as a result of spalling of the host rock, failure of some pillars and time-dependent decrease in rock strength. By considering both these problems and the importance of the Zelve Open Air Museum, in this study, the 1st Valley, which is most critical for the museum, was selected to investigate (a) short and long-term geomechanical behavior of the tuffs surrounding the semi-underground openings, (b) effects of the atmospheric conditions on the host rock, (c) types of instabilities occurred in the openings and their causative factors. For these purposes, site observations and measurements, laboratory tests and 2- and 3-dimensional numerical techniques were utilized. In addition, it was also considered that the conclusions drawn from this study may provide some contributions for protection and restoration works that may be done in the valley in the future. Some observations and measurements performed in the 1st Valley indicated that shear failures, loss of bearing capacity resulted from the erosion of toes of natural slopes, enlargement of semi-underground openings due to spalling depending on stress-relief and movement of rock blocks are the important instability types. Laboratory test results suggest that, depending on increase in water content, rock strength considerably decreases and wetting-drying and freezing-thawing processes accelerate disintegration, and therefore, contribute toe erosion and spalling. Based on the long-term measurements on the Zelve tuff, it is concluded that erosion has reached to considerable amounts particularly at locations close to the valley bottom and increased in winter and spring seasons. The results of the 2-dimensional numerical analyses performed for 100, 500 and 1000 year scenarios revealed that tensile stresses dominate around the openings and these results confirm the observed spalling of the tuff in the form of slabs parallel to the walls of openings. In addition, the numerical analyses also indicate that the failure type resulting from toe erosion will continue to occur at the toe of slopes and the thick slabs of detached rock will eventually fall down. However, the results of 3-dimensional numerical analyses, which were performed for three different openings having more regular geometry, indicate that failure zone resulting from tensile stresses around the openings will develop parallel to the sides and show a good agreement with field observations.