GİRİŞ
İnceleme alanı, İç Anadolu Bölgesinde Nevşehir il sınırları içerisinde yer almaktadır. Genç volkanizmanın ülkemizde yaygın ve farklı evrelerde farklı ürünler oluşturduğu bölgelerden biri olan çalışma alanında, özellikle önceki araştırmacılar tarafından, ayrıntılı volkanolojik, jeokimyasal ve jeokronolojik çalışmalar yapılmıştır (Beekman, 1966; Pasquare, 1966; Pasquare vd., 1988; Innocenti vd., 1975; Besang vd., 1977). Kapadokya yöresi genç volkanik oluşumlarının yayılım ve evrimlerine ilişkin çalışmalarda, yaşı ve bileşimleri tanımlanmıştır (Ercan vd. 1990, Ercan vd., 1992, Toprak ve Göncüoğlu, 1993; Le Pennec vd., 1994; Mues Schumacher ve Schumacher, 1996; Güleç vd., 1997; Temel vd., 1998; Türkecan vd., 2003; Le Pennec vd., 2005; Viereck vd., 2006). Bölgedeki ignimbiritlerin yapı malzemesi özellikleri ile bunların dayanım ve ayrışma özelliklerine yönelik çalışmalar ise sınırlı sayıdadır (Erdoğan, 1986; Topal, 1995; Topal ve Doyuran, 1997; Gökçeoğlu vd., 2000). Son dönemlerde yapılan araştırmalar ise özellikle bölge ignimbiritlerinde geçmişte ve günümüzde çeşitli amaçlar için açılmış kaya yapılarının duraylılıklarına ve mühendislik özelliklerine ilişkindir (Aydan vd., 1999; Ulusay vd., 1999; Aydan ve Ulusay, 2003; Ulusay vd., 2006, Aydan vd., 2007; Ulusay ve Aydan, 2007; Aydan vd., 2007a; Aydan vd., 2007b). Yöredeki ignimbiritlerin yapı malzemesi özellikleri ve mühendislik özelliklerinin araştırıldığı çalışmalarda, bunların jeolojik, petrografik ve kimyasal özelliklerinin, jeomekanik özelliklerindeki değişimine etkisi ile bunlar arasındaki ilişkilere yeterince değinilmemiştir.
Bu çalışma, yapı taşı olarak kullanılan farklı renklerdeki Kavak ignimbiritlerinin jeomekanik özelliklerinin nasıl değiştiğini ve bu özelliklerin mühendislik özelliklerine etkisinin belirlenmesi amacıyla yapılmıştır. Arazi çalışmaları ve petrografik incelemeler esnasında, belirlenen farklı renk ve dokuya sahip kayaçlar, ayrı ayrı örneklenerek bunların ayrıntılı araştırması yapılmıştır.

İncelemeAlanınınTanıtımı
İnceleme alanı, Orta Anadolu'da Nevşehir, Avanos ve Ürgüp arasında, özellikle Kapadokya bölgesinin faklı bileşimlerdeki volkanik kayaçlarıyla temsil edilen bölgesinde yer almaktadır (Şekil 1). Araştırmalar için Ürgüp Formasyonunun en alt bölümünü oluşturan Kavak ignimbiritleri olarak tanımlanan farklı renklerdeki piroklastikler seçilmiştir. Bölgede peri bacalarının da oluşumuna imkan veren bu birim, bütün dünyanın şaşkınlıkla izlediği doğa harikasını oluşturmuştur. Farklı renkleri ve estetik görünümleri ile insanların ilgisini çeken piroklastikler, yörede ve ülkemizin değişik bölgelerinde yapı taşı olarak yıllardan beri kullanılmakta ve kullanımı gittikçe artmaktadır. Örnek derlemesi ise Nevşehir-Avanos yolunun 8 kilometresinde Yeni Mahalle, Yapraklı Seki Mevkiinde bulunan taş ocaklarında gerçekleştirilmiştir. Yörede yapı taşı olarak kullanılması amacıyla işletilen ocakların hepsi, Ürgüp formasyonuna ait Kavak ignimbiritleri üzerinde açılmıştır.

İgnimbiritlerin Jeolojik özellikleri
İnceleme alanında, ilginç yüzey şekilleri oluşturan, kalın ve geniş yayılım gösteren volkano-sedimanter istifle (Miyosen-Pliyosen) temsil edilen Ürgüp formasyonu mostra vermektedir (Temel vd., 1998). Litolojik olarak düşey ve yatay yönde gösterdiği değişimler dikkate alınarak birim Temel vd., (1998) tarafından üyelere ayrılmıştır. Özellikle taş ocaklarının bulunduğu alanlardan örneklenen ignimbirit numuneleri, Ürgüp formasyonuna ait volkanosedimanter istifin en alt temelini oluşturan Kavak üyesine aittir. Kavak üyesi, kül ve akıntı ürünlerinin volkanik-kırıntılı malzeme ile ara tabakalanmasından oluşmaktadır (Topal ve Doyuran, 1997). Kavak üyesi, en tipik gözlendiği Kavak köyünden adını almıştır (Pasquare, 1968). Birim yörede Temel vd., (1998)'e göre, 2600 km2'lik bir alan kaplamakta ve 80km3'lük hacime sahiptir.
Arazi çalışmaları sırasında, işletilen ignimbiritlerin, renk ve dokusal özelliklerinin arazide çok sık değiştiği belirlenmiştir. Bu nedenle farklı renk ve dokusal özelliklere sahip örnekler ayrıntılı olarak tanımlanmış ve temsilci blok örneklemesi gerçekleştirilmiştir. Bu örneklerin, ocakta yayılımı, bileşimi, yapısı, ocak nem içeriği ile süreksizlik ve dayanımlarına ilişkin değerlendirmeler topluca Çizelge 1'de sunulmuştur.

» Nüve Forum » akademik » Mühendislik Fakültesi » Jeofizik Mühendisliği Bölümü »

İgnimbiritlerin Kimyasal Özellikleri
Araştırmaların yürütüldüğü farklı renk ve dokudaki Kavak İgnimbiriti örneklerinin bulunduğu taş ocağı olarak işletilen alanın değişik yükselti ve yanal yayılım sunan yerlerinden taze örnekler derlenmiş ve bunlar üzerinde kimyasal analizler yapılmak suretiyle; ana element içerikleri saptanmıştır. Analizler, Kanada ACME laboratuvarında ICP-AES yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Örneklerin kimyasal analiz sonuçları Çizelge 2'de sunulmuştur.
Taze örnekler üzerinde yapılan kimyasal analiz sonuçlarına göre, Kavak İgnimbiritleri; % 66,58- 78,44 arasında değişen miktarda SiO2 içermektedirler. Al2O3 miktarı %13,75 - 17,14 arasında değişim göstermektedir. Toplam Fe2O3 oranı, % 0,77 – 3,08 arasındadır. MgO %0,02-0,38, CaO %0,05-3,37 arasında değişim sunmaktadır. Na2O %0,03-0,13 ve K2O %0,13 - 3,46 arasında değişen değerlere sahiptir. TiO2 %0,23-0,33, P2O5 %0,04-0,19 değerleri arasındadır. MnO değerleri oldukça düşük olup % <0,01– 0,06 arasında bulunmaktadır. Cr2O3 değeri bütün örneklerde % <0,001'den düşük değerdedir. Örneklerin ateşte kayıp değerleri yüksek olup, %6,2-9 arasında değişmektedir.
Örneklerin kimyasal analiz sonuçları ile özellikle basınç dirençleri arasında önemli etkileşimlerin olduğu belirlenmiştir. Buna göre, SiO2 içeriği düşük olan örneklerin basınç dirençleri de düşüktür. Ayrıca toplam demir içeriği ile ateşte kayıp oranı yüksek olan örneklerin basınç dirençlerinin de yüksek değerler aldıkları ortaya konmuştur.

» Nüve Forum » akademik » Mühendislik Fakültesi » Jeofizik Mühendisliği Bölümü »

İgnimbiritlerin Petrografik Özellikleri
Farklı renkler sunan Kavak ignimbiritlerinden hazırlanan ince kesitler üzerinde yapılan petrografik incelemelerde; örneklerin mineralojik bileşim, doku, boşluk ve kristal boyutları, fenokristal-matriks oranları ve ikincil mineral içerikleri belirlenmiştir. İncelenen örneklerin hepsi iyi kaynaşmamış ignimbirit özellikleri sunmakla birlikte bunların, ayrıntılı incelemelerinde fenokristal-matriks, opak mineral ile ince taneli kristal oranları değişken olup, volkanik kayaç parçası ve yer yer yönlenmeler gözlenmiştir. Nitekim yapılan petrografik incelemelerden elde edilen veriler ile örneklerin jeomekanik özellikleri arasındaki değişimlerin, bu bulguları destekler biçimde olduğu belirlenmiştir.
D1 örneği petrografik incelemelerine göre plajiyoklas, biyotit, amfibol, piroksen minerallerinden oluşmaktadır. Ayrışma kayaçta oldukça etkin olup, kayacı oluşturan mineral sınırlarında daha da belirgin olarak gözlenmiştir. Yer yer opak mineraller gözlenmekte olup, kayaçta hipokristalin porfirik doku hakimdir. Örneklerde yer yer farklı boyutta volkanik kayaç parçaları gözlenmektedir. Matriks oranı, tane oranından fazladır (Şekil 2).
M1 örneği, plajiyoklas, biyotit, amfibol, piroksen, sanidin, kuvars minerallerinden oluşmuş olup, hipokristalin porfirik doku sunmaktadır. Bileşimindeki ince taneli volkanik kayaç parçaları, D1 örneğine oranla daha yüksektir. Kayaçta ayrışma etkin olup, boşlukludur ve düşük oranda opak mineraller gözlenmektedir. Tane oranı, matriks oranından nispeten fazladır (Şekil 2).
Plajiyoklas, biyotit, amfibol, piroksen minerallerinden oluşan S1 örneğinde ayrışma oldukça etkindir. Opak mineral içeriği diğer örneklere göre yüksek olup, hipokristalin porfirik dokuludur. Farklı boyutlarda volkanik kayaç parçaları içermektedir. İri kristal oranı matriks oranından fazladır. Opak mineraller belli alanlarda daha yoğun olarak gözlenmektedir (Şekil 3).
Plajiyoklas, biyotit, amfibol, piroksen, kalsit minerallerinden oluşan K1 örneğinde iri fenokristaller yanında ince plajioklas kristalleri gözlenmekte olup, kayaçta kısmen yönlenme belirgindir. Kayaçta ayrışma etkin olup, boşluk miktarı diğer örneklere nazaran fazladır. Ayrıca kayacın matriks oranı, tane oranından fazladır. Kayaçta hipokristalin porfirik doku gözlenmekte olup, opak mineral içeriği mika minerallerinin oksitlenmelerinin de etkisi ile diğer örneklere oranla fazladır (Şekil 3).
G1 örneğinin plajiyoklas, biyotit, amfibol, piroksen minerallerinden oluştuğu belirlenmiş olup, kayacın ayrışması yüksektir. Hipokristalin porfirik doku belirgin olup, kayacın boşlukları fazlacadır. Opak mineral içeriği diğer örnekler oranla düşüktür. Örneklerde volkanik kayaç parçaları gözlenmektedir. Matriks oranı, tane oranından fazla olup, fenokristal boyutları daha küçük boyuttadır (Şekil 4).
Plajioklas, biyotit, amfibol, piroksen ve kalsit minerallerinden oluşan V1 örneğinde, ayrışma oldukça yaygın şekilde gelişmiştir. Kayaçta ince taneli kayaç parçaları diğer örneklere oranla fazla olup, matriks oranı tane oranından yüksek olarak gözlenmiştir. Kayacı oluşturan minerallerden biyotitlerde ayrışma daha yaygın ve belirgin bir şekilde gelişmiştir. Kayaçta hipokristalin porfirik doku gözlenmektedir (Şekil 4).
Örneklerin petrografik incelemelerine göre, S1 örneğinde opak mineral oranı diğer örneklere nazaran yüksek olup, belli alanda yoğunlaşmalar gözlenmektedir. D1 ve V1 örneklerinde ise ince taneli kristal ve matriks oranı, tane oranından nispeten yüksektir. Bu özelliklerdeki kayaçların fiziko-mekanik özellikleri de nispeten yüksek orandadır. İncelenen örneklerin hepsi iyi kaynaşmamış ignimbirit özelliği sunmaktadır. Bu durumun jeomekanik özelliklerin diğer iyi kaynaşmış ignimbiritlere oranla düşük çıkmasında etkin parametre olduğu düşünülmektedir. Bütün örnekler hipokristalin porfirik doku sunmaktadır.

» Nüve Forum » akademik » Mühendislik Fakültesi » Jeofizik Mühendisliği Bölümü »

İgnimbiritlerin Jeomekanik Özellikleri
Kayaçların jeomekanik özelliklerinin belirlenmesi, gerek mekanik özelliklerini kontrol etmesi, gerekse de yapı malzemesi olarak kullanım niteliğini değiştirmesinden dolayı uygulamada oldukça önemlidir. Bu araştırmada, Kavak ignimbiritlerinden alınan örneklere ait; kuru ve doygun birim ağırlık, ağırlıkça su emme, efektif ve suda dağılmaya karşı duraylılık indeksi ile tek eksenli basınç dayanım değerleri belirlenmiştir.
ISRM (1981) tarafından önerilen yöntemler esas alınarak yapılan deneyler için araziden blok örnekler derlenmiş, daha sonra bu numunelerden laboratuvarda karot ve parça numune hazırlanmıştır. Deneylerden elde edilen jeomekanik özelliklere ait veriler Çizelge3,4 ve 5'de sunulmuştur.
İncelenen örneklerin kuru ve doygun birim ağırlık deneyleri sonucunda ortalama en yüksek değerler D1 ve G1 örneklerinden, ortalama en düşük kuru ve doygun birim ağırlık ise M1 ve K1 örneklerinden elde edilmiştir (Çizelge 3). Kayayı oluşturan mineraller ve bileşime giren minerallerin oranları kayanın birim ağırlıklarının değişiminde son derece etkilidir. Bu nedenle kayanın bünyesinde bulunan ağır minerallerin varlığı ve oranı kayanın yüksek birim ağırlık değerinin oluşmasına neden olmaktadır (Erguvanlı, 1975; Maharaj, 2001). İncelenen farklı renklerdeki ignimbirit örneklerinin, özellikle ince taneli kristal ve matriks oranı, tane oranından yüksek olanlarının birim ağırlıkları daha yüksek değerdedir. Tüm örnekler NBG (1985)'e göre “düşük birim ağırlıklı” kaya grubunda yer almaktadır.
Nevşehir yöresi ignimbiritleri üzerinde suda doyurma yöntemine göre su emme deneyleri de yapılmış olup, ortalama en yüksek ağırlıkça su emme değeri, M1 ve K1 örneklerinde, ortalama en düşük değer ise D1 veS1 örneklerinden elde edilmiştir (Çizelge 3)
Bu örneklerin efektif porozitelerine yönelik elde edilen verilerde ortalama en yüksek ve en düşük değerler yine aynı örneklerden elde edilmiştir (Çizelge 4). Bu durum kayacın bağlantılı gözeneklerinin etkisiyle gerçekleşmiştir. Bu iki deney, kayaç içerisindeki boşlukların durumu ve bu boşlukların birbiri ile olan ilişkilerinin ortaya konmasında etkin değerlendirme parametresi olarak kullanılmaktadır. Kayaçların su emme değerinin değişiminin belirlenmesi ile donma ve termik genleşmeye karşı dolaylı bilgi sağlanmaktadır (Postacıoğlu 1987; Mcnally, 1998). Kayaçların porozite değerlerindeki değişim, kayanın fiziksel özellikleri yanında mekanik özelliklerini de önemli ölçüde etkilemektedir. Kayaçlarda porozitenin artmasıyla atmosfer etkilerine karşı direncin düştüğü bilinmektedir. Ayrıca porozitenin artması kayanın düşük yoğunluk kazanmasını sağlamakta, kayanın ısı ve ses iletkenlikleri üzerinde etkili olmaktadır (Goodman, 1989). İncelenen örneklerde ince tane ve matriks oranı yüksek olanların porozite değerlerinin nispeten düşük değerler aldığı belirlenmiştir (Çizelge 4).
Özellikle tüf, marn ve kil içeren zayıf kayaların ıslanma ve kuruma sonucunda parçalanma ve zayıflamaya karşı gösterdiği direnci belirlemek amacıyla, suda dağılmaya karşı duraylılık indeksi deneyi 2 çevrim olarak yapılmıştır. Ortalama en yüksek kayıp K1 örneklerinden elde edilmiştir (Çizelge 4). Bunda, örneğin boşluklarına yerleşen ayrışma ürünü kil minerallerinin etkin rol oynadığı düşünülmektedir. Örnekler 2 çevrim sonucu suda dağılmaya karşı duraylılıkları açısından Franklin ve Chandra (1972)'a göre “orta derecede duraylı” kaya sınıfında yer almaktadır.
Taş ocaklarından örneklenen farklı renklerdeki iyi kaynaşmamış ignimbirit örneklerinin tek eksenli basınç dayanımları, ortalama 62-146 kg/cm2 arasında olup, ortalama en yüksek değerler S1 ve D1 örneklerinden, ortalama en düşük dayanımlar ise M1 ve K1 örneklerinden elde edilmiştir (Çizelge 4). Kayaçların bileşim ve dokuları ile birlikte, deney şartları (yükleme hızı, numunenin standartlara uygun hazırlanması vb.) tek eksenli basınç dayanımlarını önemli oranda kontrol etmektedir (Goodman, 1989). İncelenen örneklerin düşük direnç göstermesinde kayacın iyi kaynaşmamış olması yanında, mineralojik özelliklerinin, birim ağırlık, ayrışma ve porozite değerlerinin yüksek olmasının da etkin olduğu düşünülmektedir. Özellikle opak mineral içeriği ile ince taneli kristal ve matriks oranı fenokristal oranından yüksek örneklerin, diğer örneklere göre nispeten daha yüksek dayanım değerleri sundukları belirlenmiştir. İncelenen örnekler, ISRM (1981)'e göre, “düşük dirençli” kaya, Deer ve Miller (1966)'e göre, “çok düşük dirençli” kaya sınıflarında yer almaktadır.

» Nüve Forum » akademik » Mühendislik Fakültesi » Jeofizik Mühendisliği Bölümü »

KullanımAlanınaİlişkin Öneriler
Kayaçların yüksek poroziteleri sonucu yüksek su emme değerleri, don sonucu etkilerinin belirlenmesinde etkin bir değerlendirme ölçütü olarak kullanılmaktadır. Tarihi ve güncel yapılardaki gözlemlerde, bu taşlardaki en önemli bozulmalar, nemlenme sonucu donma-çözülme süreci sonucunda yaşanmakta olup, pul pul dökülmeler şeklinde olmaktadır. Bu nedenle yapıdaki kullanım alanında donma-çözünme süreçlerinin etkin olduğu yörelerde suyla temas etmemesi, özelliklerinin bozulmaması açısından oldukça önemlidir.
Araştırılan örnekler düşük dayanımlı olmalarına karşın, yöredeki 2-3 katlı yapılarda oldukça başarılı bir şekilde yapı taşı olarak kullanılagelmiştir. Çeşitli ticari adlara ve renklere ayrılan örneklerin fiziko-mekanik özelliklerine göre daha doğru kullanımı için yapılan öneride, Gülkurusu ve Kapadokya bejinin; dekoratif özelliklerinden dolayı daha çok bina dış yüzey kaplamalarında kullanımı özendirilmelidir. Sarı ve Damarlı (formika) olarak bilinen örneklerin ise mekanik mukavemetlerinin diğer tüflere göre nispeten biraz daha yüksek olması nedeniyle, daha çok birkaç katlı binalarda yapı taşı olarak kullanımının uygun olacağı düşünülmektedir. Diğer örneklerin ise, mekanik mukavemetleri nedeniyle, daha az katlı binalarda taşıyıcı ve dekoratif amaçlı kaplama malzemesi olarak kullanılmasının önerilmesi oldukça önemlidir. Ayrıca Sarı ve Damarlı diye anılan örneklerin, aşınmanın az olduğu alanlarda yer kaplaması olarak sınırlı bir kullanıma sahip olacağı düşünülmektedir. Özellikle, çok farklı renk ve desenler içeren tüfler iç mekan, dış cephe, merdiven, yer döşemesi, korkuluk, havuz ve kenarları, kemer, sütun, şömine ve balkonlarda başarıyla uygulanmakta, giriş holleri, restorasyon çalışmaları ve peyzaj projelerinde vazgeçilmez elemanlar olarak yer almaktadır.
Ocaktaki farklı renk ve dokusal özellikleri yanında mühendislik özelliklerinin az çok farklılıklar sunması nedeniyle, kullanım alanında yan yana ya da üst üste kullanılmasına dikkat edilmeli, mekanik mukavemeti daha iyi olan ile daha düşük olanın yan yana ya da üst üste kullanılmamasına özen gösterilmelidir. Bu taşların birinde meydana gelebilecek bozulma diğerini de kolaylıkla etkileyebilecektir. Ayrıca, bu taşların kullanım yerinde rüzgar, yağış yönü ve şiddetine bağlı olarak yersel bozulmalar yaygın şekilde gözlenebilmektedir.

» Nüve Forum » akademik » Mühendislik Fakültesi » Jeofizik Mühendisliği Bölümü »

SONUÇLAR
Kavak ignimbiritleri bölgede oldukça geniş alanlarda yüzeylenen ve çeşitli volkanik kayaç parçalarına ait çakıllar ile pomza çakıllarından oluşmakta, iyi kaynaşmamış ignimbirit özellikleri sunmaktadır. Bu araştırma kapsamında, aynı birimden 6 farklı renk ve dokuya sahip ignimbirit örnekleri değerlendirilmiştir.
Elde edilen verilere göre, incelenen piroklastiklerin jeolojik, kimyasal ve petrografik özellikleri ile jeomekanik özellikleri arasında önemli etkileşimlerin olduğu belirlenmiştir. Özellikle petrografik incelemelerinde; opak mineral, ince taneli kayaç parçası içeriği ile matriks oranı-tane oranından yüksek olan örneklerin porozitesinin daha düşük, yoğunluklarının ve basınç dayanımlarının da nispeten daha yüksek değerler gösterdikleri belirlenmiştir.
İgnimbiritlerin kimyasal analizlerinden elde edilen verilerine göre özellikle SiO2 içeriği düşük olan örneklerin basınç dirençleri de düşüktür. Ayrıca toplam demir içeriği ile ateşte kayıp oranı yüksek olan örneklerin basınç dirençlerininde yüksek olduğu belirlenmiştir.
Renk ve mühendislik özellikleri az çok değişken olan örnekler, yıllardan beri bölgede cami, külliye, kilise, bina vb. yapılarda kullanılmakta, özellikle dekoratif özellikleri itibariyle ülkemizin diğer bölgeleri için de alternatif yapı taşı olabilecek potansiyele sahiptir. Yoğunluklarının düşük olması nedeniyle, hafif yapı taşı olarak kullanımı, işlenmesi ve taşıması açısından uygun özellikler göstermektedir.

KATKIBELİRTME
Bu çalışma, Niğde Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimince desteklenmiştir. ProjeNo: FEB 2006/03.

Nüve Forum » akademik » Mühendislik Fakültesi » Jeofizik Mühendisliği Bölümü »

Tablo ve Şekiller için KaynakPDF