Material Characterization and Damage Assessment of Byzantine Rock-Cut Monastery: A Case Study of Kiyikoy Hagia Nicholas
Şerife Özata, Büşra Aktürk, Engin AktürkRock-cut historical structures have been constructed worldwide for various functions throughout history, including during the Byzantine Empire. The Kiyikoy Hagia Nicholas Monastery is an exceptional one of the surviving rock-hewn buildings in the Thrace Region. It has a basilical plan and was constructed in the Early Byzantine Period. The study goals are to provide original material characterization, suggestions for damage prevention and conservation measures for rock-cut structures of Byzantine architecture through this monastery case. Therefore, firstly the distinct architectural style of the building was revealed through a comprehensive analysis and by comparing it with similar structures. Then, a damage reconnaissance was performed and material samples were subjected to mechanical, physical, and chemical analyses and acid treatment experiments. Investigations focused on identifying the original materials and understanding the reasons for various decay and damage types observed in the monastery. Proposals for materials compatible with the original material, considering physical, mechanical, and chemical properties, were developed. The effectiveness of the characterization methods was explained. To prevent the effect of cracks, which is the main structural damage, constructing strengthening structural elements by using suitable materials was recommended. For non-structural damages, the removal of moisture in the main rock was recommended, and possible actions for surface cleaning, conservation and consolidation were described. It is concluded that the documentation, diagnostic and restoration steps developed for this monastery can be applied to similar Byzantine rock-cut structures.
Bizans Dönemi Kaya Oyma Manastırının Malzeme Karakterizasyonu ve Hasar Değerlendirmesi: Kıyıköy Aya Nikola Manastırı Örneği
Şerife Özata, Büşra Aktürk, Engin AktürkTarihî kaya oyma yapılar, Bizans İmparatorluğu Dönemi de dâhil olmak üzere tarih boyunca çeşitli işlevler için inşa edilmiş eserlerdir. Kıyıköy Aya Nikola Manastırı, Trakya Bölgesi›nde inşa edilen ve günümüze ulaşan nadir kaya oyma yapılardan biridir. Erken Bizans Dönemi’nde inşa edilmiştir ve bazilikal planlıdır. Bu çalışmada manastır örneği üzerinden Bizans mimarisi kaya oyma yapıları için özgün malzeme karakterizasyonu, hasar önleme önerileri ve koruma önlemleri oluşturmak amaçlanmıştır. Bu sebeple, öncelikle yapının kendine özgü mimarisi kapsamlı bir analiz ve benzer yapılarla karşılaştırma yoluyla ortaya çıkarılmıştır. Sonrasında hasar tespiti yapılmış ve malzeme örneklerinde mekanik, fiziksel, kimyasal analizler ve asit kaybı deneyleri gerçekleştirilmiştir. Araştırmalarda özgün malzemenin tanımlanması ve manastırda gözlemlenen çeşitli bozulma ve hasar türlerinin sebeplerinin anlaşılmasına odaklanılmıştır. Fiziksel, mekanik ve kimyasal özellikler dikkate alınarak orijinal malzeme ile uyumlu malzeme önerileri geliştirilmiştir. Karakterizasyon yöntemlerinin etkinliği açıklanmıştır. Temel yapısal hasar olan çatlakların etkilerini önlemek için uygun malzemeler kullanılarak sağlamlaştırma elemanlarının inşa edilmesi önerilmektedir. Yapısal olmayan hasarlar için ana kayadaki nem sorunlarının giderilmesi tavsiye edilmiş ve yüzey temizleme, koruma ve sağlamlaştırma için yapılabilecek çalışmalar aktarılmıştır. Bu manastır için geliştirilen belgeleme, teşhis ve restorasyon adımlarının benzer Bizans kaya oyma yapılarında uygulanabileceği sonucuna varılmıştır
Dünyanın hemen her bölgesinde oluşturulmuş olan kaya oyma yapılar, toplumların mekânsal, tarihî, sosyal ve kültürel yaşamına dair değerli bilgiler taşımakta, oluşturuldukları dönemin mimari tarzına ve inşaat tekniğine dair bilgiler vermektedir. Bizans İmparatorluğu Dönemi’nde inşa edilmiş kaya oyma yapılar da dâhil olmak Türkiye’nin her bölgesinde farklı dönemlerde çeşitli fonksiyonlara hizmet için oluşturulmuş yüzlerce kaya oyma yapı bulunmaktadır. Bunlardan Kırklareli Kıyıköy’de bulunan Aya Nikola Manastırı, Erken Bizans Dönemi’nde inşa edilmiş önemli bir kaya oyma yapı örneğidir. 6. yüzyılda yapılan ve ilk adı Ayia Triada olan bu manastır 1922 yılına kadar aktif olarak kullanılmıştır. Yapı 3 nefli, bazilikal planlıdır. Bu yapı türünün plan tipi ve üretim yöntemi olarak benzerleri Erken ve Orta Bizans Dönemi’nde Frigya, Likonya, Kapadokya ve Kilikya’da da oluşturulmuştur. Kaya oyma tarihî yapılar oldukça fazla olsa da bu yapıların incelenmesi ve restorasyonuna dair çalışmalar diğer yapı türleri hakkında yapılan çalışmalara göre oldukça kısıtlı ve yüzeyseldir. Bu çalışmada literatürdeki bu eksikliğin giderilmesine katkı sağlamak hedeflenmiş ve Aya Nikola Manastırı’nda yapılan çalışma sonuçları kullanılarak Bizans Dönemi’nde benzer tipte oluşturulmuş kaya oyma yapılar için kapsamlı koruma adımlarının sunulması amaçlanmıştır. Çalışmanın yöntem aşamaları manastırın mevcut durumunun analizini, manastıra ait yapı malzemelerinin fiziksel, mekanik ve kimyasal özelliklerinin belirlenmesini ve koruma önlemleri ile önerilerinin sunularak çalışmada uygulanan yöntemlerin benzer yapılarda da kullanılabilmesi için temel bir adım setinin oluşturulmasını içermektedir.
Kıyıköy Aya Nikola Manastırı’nda (KANM) ilk aşamada yapılan mimari incelemeye göre bu yapı Soğucak Kireçtaşı Formasyonu’nda bulunan masif bir kayanın oyulmasıyla oluşturulmuş ve bazı tavanlara yığma yapıdaki gibi beşik tonoz şekli verilmiştir. Manastır, bazilikal planlı, üç nef ve üç apsisli bir kilise, ayazma ve mezar odası olmak üzere üç ana bölümden oluşmaktadır. Kutsal su içerdiği kaynaklarda bildirilen ayazmada hâlen su mevcuttur. Yapının tek cephesi olan kuzey cephesinde yığma revaklardan oluştuğu tahmin edilen ek bir mekânın izlerine rastlansa da kaya oyma kısım ve bu alan arasındaki duvarlar yıkılmıştır ve kalıntılar tam değildir.
Çalışma yönteminin ikinci aşamasında Aya Nikola Manastırı’ndan taş, tuğla ve harç örnekleri alınarak, elde edilen bu orijinal malzemelerin mekanik, fiziksel ve kimyasal özellikleri tespit edilmiştir. Ayrıca Bizans Dönemi tuğlaları ve kaya oyma yapılar hakkında daha önce gerçekleştirilmiş benzer çalışma verileri ve elde edilen bulgular kullanılarak sistematik bir karşılaştırma yapılmıştır. KANM’nin kaya ve tuğla malzemesinin fiziksel, mekanik ve kimyasal özelliklerini değerlendirmek için yapılan deneylerde, kaya örneğinin düşük dayanımlı (~6 MPa), yüksek poroziteli ve kapiler su emme katsayısı yüksek (~10 >3 kg/m2 √h) bir kireçtaşı olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, tuğlanın basınç dayanımının (~13 MPa) kayanınkinden yüksek olduğu ve bu değerin literatürde Bizans tuğlası için bildirilen ilgili değerlere yakın olduğu görülmüştür. Tuğlanın da su emme katsayısı ve porozitesi kayanınki gibi yüksektir.
Kayanın kimyasal özellikleri X-Işını Kırınımı (XRD), X-Işını Floresansı (XRF) ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) teknikleri kullanılarak analiz edilmiştir. Bu deney sonuçlarına göre kaya yüksek miktarda CaO ve az miktarda MgO ve Fe2 O3 içeren yüksek karbonatlı bir kireçtaşıdır. Yapıdan alınan harç örneğinde gerçekleştirilen asit kaybı deneyine göre harçta bağlayıcı/agrega oranının 1:2 olduğu belirlenmiştir. Bu deneyde harçtaki karbonatlı agregaların asitte çözünerek bağlayıcı/ agrega oranını etkilememesi için deney öncesinde bu çalışmada malzeme eksikliği sebebiyle gerçekleştirilmeyen petrografik analizin de yapılması ve bu analizin kayaç içeriğinin belirlenmesinde de alternatif olarak değerlendirilmesi önerilmektedir. Bu sonuçlara göre tuğla ve kaya onarımında kullanılacak malzemenin basınç dayanımının sırasıyla 13 ve 6 MPa basınç dayanım değerinde olması gerekmektedir. Onarım malzemelerinin toplam porozitesi %34’ten az, gerçek yoğunluğu yaklaşık 2.6 g/cm3 ve su emme katsayısı en çok 10 kg/m2 √h olmalıdır.
Manastırda yapılan hasar analizine göre strüktürel olan ve olmayan pek çok hasar tespit edilmiştir. Strüktürel hasarlar; parça kopması ve yapısal çatlaklar, strüktürel olmayan hasarlar ise parça kopması, kavlanma, kabuklaşma, çiçeklenme, biyolojik kolonizasyon, lekelenme, erozyon ve aşınmadır. KANM’deki çatlakların depremlerden veya kaya oluşumundan kaynaklandığı gözlemlenmiş olup çatlak ve yarıklar bulunan bu yapıyı sağlamlaştırmak için özgün malzeme ile uyumlu malzemelerden yapılmış ek taşıyıcı yapı elemanlarının tasarlanması önerilmiştir.
Yapısal olmayan hasarlardan en çok görülen çiçeklenme ve biyolojik kolonizasyonun ana sebebi, yapının oluşturulduğu kayanın üzerindeki toprak tabakasından yapıya geçen nemdir. Bu nem kaynağını kesmek için toprak ve kaya arasına ayırıcı tabakaların tasarlanması veya yapı çevresine kuyular açılması öngörülmüştür. Biyolojik kolonizasyonda öncelikle kaya yüzeyindeki likenlerin faydalı mı yoksa zararlı mı olduğu tespit edilmelidir. Bunlara müdahale gerekliyse su buharlı temizlik gibi geleneksel bir yöntem veya temizleyici bakteri ve jeller kullanılabilir. Çiçeklenmenin önlenmesi için bu hasara sebep olan üç ana faktörden birinin bertaraf edilmesi gerekmektedir. Kumlama veya lazerle temizleme gibi yöntemler bu hasarın sadece belirtilerini ortadan kaldırmaktadır. Yapıdaki su sorununun çözülmesi ile bu zararın ortadan kaldırılabileceği, tuz çıkarma yönteminin malzemeden tuzu uzaklaştırarak bu hasarı önleyeceği tespit edilmiştir Yapısal olmayan diğer hasarlara çözüm olarak, yapıdaki nem kaynağının ortadan kaldırılması, yüzeyi korumak için çeşitli su iticiler, emülsiyonlar, grafiti önleyici yüzey kaplamaları kullanılması önerilmiştir. Bu tür yüzey koruma ürünlerinin kaya yüzeyine zarar verdiği birçok restorasyon uygulaması mevcuttur. Kullanılacak ürünler seçilirken kayada oluşacak yan etkiler de göz önünde bulundurulmalıdır.
İnsan kaynaklı hasarları önlemek için eğitim ve bilinçlendirme; mekân içinde iklimsel etkileri azaltmak için nem ve sıcaklık kontrolü ve yapı genelinde önleyici koruma önlemlerinin oluşturulması önerilmektedir.
Kaya oyma Kıyıköy Aya Nikola Manastırı’nın ender görülen mimari üslubuna ve özgün malzemesine rağmen, bu çalışmanın yöntem ve sonuçları ile benzer özellikler taşıyan diğer Bizans Dönemi kaya oyma yapılarında da uygulanabilecek kapsamlı bir belgeleme, teşhis ve restorasyon yöntemi ortaya koymuştur. Benzer kaya oyma yapıların korunması için temel uygulama adımları oluşturulmuş ve hasarları gidermek için bazı önlemler önerilmiştir. Sonuç olarak, laboratuvarda ve sahada yürütülen çalışmalarla, kaya oyma yapıların korunması, sağlamlaştırılması ve gelecek nesillere aktarılmasına katkı sağlanması amaçlanmaktadır.