Recurring Seismic Damage in Repeatedly Restored Historic Masonry: A Damage Classification-Based Evaluation of Malatya Teze Mosque

Abstract

This study aims to evaluate earthquake-induced damage in historic masonry structures that have undergone repeated restoration interventions through a damage classification–based approach, using the Teze Mosque in Malatya as a case study. The structure, which has been repaired multiple times over different periods, was damaged and restored again following the earthquakes of 1893, 1964, 2020, and 2023. The research was conducted in two stages: a literature review and an archival analysis. In the first stage, a damage classification approach was developed based on commonly observed in-plane and out-of-plane behaviors, connection deficiencies, and material deterioration in unreinforced masonry structures. This approach is grounded in internationally recognized references such as FEMA 306 and EMS-98 and is further supported by the element-level analytical method proposed by Vlachakis et al. (2020). In the second stage, archival data were used to examine the damage patterns the structure experienced during past earthquakes, and the recurrence and evolution of these damages over time were analyzed. The findings indicate that restoration interventions carried out after previous earthquakes did not improve the structural performance of the building in subsequent seismic events; on the contrary, in some cases, the intervened areas became more vulnerable to damage. The main causes of damage include differences in rigidity arising from double-walled construction systems, inadequate structural connections, the use of weak bonding materials, and soil conditions. This study demonstrates that a systematic approach based on damage classification provides important contributions to understanding recurring damage mechanisms and highlights that focusing solely on repairing existing damage in restoration processes is insufficient. In addition, the proposed approach offers a practical analytical tool applicable to similar historic masonry structures.

Keywords

• Earthquake damage
• Unreinforced masonry (URM)
• Damage classification
• Structural performance
• Restoration interventions

Tekrarlanan Restorasyon Müdahaleleri Sonrasında Tarihi Yığma Yapılarda Yinelenen Deprem Hasarları: Malatya Teze Camii’nin Hasar Sınıflandırmasına Dayalı Bir Değerlendirmesi

Abstract

Bu çalışma, defalarca restorasyon müdahalesi geçirmiş tarihî yığma yapılarda deprem kaynaklı hasarları, hasar sınıflandırmasına dayalı bir yaklaşımla değerlendirmeyi amaçlamakta ve bu kapsamda Malatya’daki Teze Camii’ni bir vaka çalışması olarak ele almaktadır. Farklı dönemlerde birçok kez onarım görmüş olan yapı, 1893, 1964, 2020 ve 2023 depremlerinin ardından yeniden hasar görmüş ve tekrar restore edilmiştir. Araştırma, literatür taraması ve arşiv analizi olmak üzere iki aşamada yürütülmüştür. İlk aşamada, donatısız yığma yapılarda yaygın olarak gözlenen düzlem içi ve düzlem dışı davranışlar, bağlantı yetersizlikleri ve malzeme bozulmalarına dayalı bir hasar sınıflandırma yaklaşımı geliştirilmiştir. Bu yaklaşım, FEMA 306 ve EMS-98 gibi uluslararası kabul görmüş kaynaklara dayandırılmış olup, ayrıca Vlachakis ve diğerlerinin (2020) yapı elemanı ölçeğindeki analiz yöntemiyle desteklenmiştir. İkinci aşamada ise arşiv verileri kullanılarak yapının geçmiş depremlerde maruz kaldığı hasar modelleri incelenmiş, bu hasarların zaman içerisindeki tekrarları ve gelişimi analiz edilmiştir. Elde edilen bulgular, önceki depremler sonrasında gerçekleştirilen restorasyon müdahalelerinin yapının sonraki deprem performansını iyileştirmediğini; aksine bazı durumlarda müdahale edilen alanların yeniden hasara daha açık hale geldiğini göstermektedir. Hasarın başlıca nedenleri arasında çift cidarlı duvar sistemlerinden kaynaklanan rijitlik farkları, yetersiz yapısal bağlantılar, zayıf bağlayıcı malzemelerin kullanımı ve zemin koşulları yer almaktadır. Bu çalışma, hasar sınıflandırmasına dayalı sistematik bir yaklaşımın tekrarlayan hasar mekanizmalarının anlaşılmasına önemli katkılar sağladığını ortaya koymakta ve restorasyon süreçlerinde yalnızca mevcut hasarın giderilmesine odaklanmanın yeterli olmadığını vurgulamaktadır. Ayrıca, önerilen yaklaşım benzer tarihî yığma yapılar için uygulanabilir bir analiz aracı sunmaktadır.

Keywords

• Deprem hasarı
• Donatısız yığma (URM)
• Hasar sınıflandırması
• Yapısal performans
• Restorasyon müdahaleleri

References

1. Caglar, N., Vural, I., Kirtel, O., Saribiyik, A., & Sumer, Y. (2023). Structural damages observed in buildings after the January 24, 2020 Elazığ-Sivrice earthquake in Türkiye. Case Studies in Construction Materials, 18, Article e01886.
2. AFAD (T.C. İçişleri Bakanlığı Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı). (2023). 06 Şubat 2023 Pazarcık (Kahramanmaraş) Mw 7.7 Elbistan (Kahramanmaraş) Mw 7.6 depremlerine ilişkin ön değerlendirme raporu. https://deprem.afad.gov.tr/assets/pdf/Kahramanmaras%20%20Depremleri_%20On%20Degerlendirme%20Raporu.pdf
3. TMMOB Mimarlar Odası 6 Şubat 2023 Depremleri Tespit ve Değerlendirme Heyeti. (2023). Depremde zarar gören kültür varlıklarının güncel durumu ve akıbeti. https://argonotlar.com/depremde-zarar-goren-kultur-varliklarinin-guncel-durumu-ve-akibeti
4. Chen, B., Yu, Z., Li, L., Zheng, R., & Wu, C. (2023). Surface deformation and damage of 2022 (M 6.8) Luding earthquake in China and its tectonic implications. Open Geosciences, 15(1), Article 20220490. https://doi.org/10.1515/geo-2022-0490
5. Yang, X., Xie, Z., Ling, F., Luo, X., & Zhong, M. (2016). Post-earthquake people loss evaluation based on seismic multi-level hybrid grid: A case study on Yushu Ms 7.1 earthquake in China. Open Geosciences, 8(1), 639–649.https://doi.org/10.1515/geo-2016-0051
6. Vlachakis, G., Vlachaki, E., & Lourenço, P. B. (2020). Learning from failure: Damage and failure of masonry structures, after the 2017 Lesvos earthquake (Greece). Engineering Failure Analysis. Volume 117. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2020.104803
7. Coïsson, E., Ferretti, D., & Lenticchia, E. (2017). Analysis of damage mechanisms suffered by Italian fortified buildings hit by earthquakes in the last 40 years. Bulletin of Earthquake Engineering, 15, 5139–5166.
8. Sisti, R., Di Ludovico, M., Borri, A., & Prota, A. (2019). Damage assessment and the effectiveness of prevention: The response of ordinary unreinforced masonry buildings in Norcia during the Central Italy 2016–2017 seismic sequence. Bulletin of Earthquake Engineering, 17(10), 5609–5629. https://doi.org/10.1007/s10518-018-0448-z

9. Penazzi, D., Binda, L., Valluzzi, M. R., Cardani, G., Baronio, G., & Modena, C. (2000). Behaviour of historic masonry buildings in seismic areas: Lessons learned from the Umbria Marche earthquake. In Proceedings of the 12th International Brick/Block Masonry Conference (pp. 217–235). Madrid, Spain.
10. Sorrentino, L., Cattari, S., da Porto, F., Magenes, G., & Penna, A. (2019). Seismic behaviour of ordinary masonry buildings during the 2016 central Italy earthquakes. Bulletin of Earthquake Engineering, 17, 5583–5607. https://doi.org/10.1007/s10518-018-0370-4
11. Augenti, N., & Parisi, F. (2010). Learning from construction failures due to the 2009 L’Aquila, Italy, earthquake. Journal of Performance of Constructed Facilities, 24(6), 536–555. https://doi.org/10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000122
12. Javed, M.,Khan, A. & Penna, A. & Magenes, G. (2006). Behaviour of masonry structures during the Kashmir 2005 earthquake. First European Conference on Earthquake Engineering and Seismology (1st ECEES), Geneva, Switzerland, paper. 1077.
13. Ingham, J., & Griffith, M. (2010). Performance of Unreinforced Masonry Buildings During the 2010 Darfield (Christchurch, Nz) Earthquake. Australian Journal of Structural Engineering, 11(3), 207–224. https://doi.org/10.1080/13287982.2010.11465067.
14. Senaldi, I., Magenes, G., & Ingham, J. M. (2015). Damage Assessment of Unreinforced Stone Masonry Buildings After the 2010–2011 Canterbury Earthquakes. International Journal of Architectural Heritage, 9(5), 605–627. https://doi.org/10.1080/15583058.2013.840688
15. Bruneau, M. (1994). State-of-the-art report on seismic performance of unreinforced masonry buildings. Journal of Structural Engineering, 120(1), 230–251. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1994)120:1(230)
16. Türkeri, İ. (2022). Dinî Mimaride Doğal Taş Kullanimi: Sancaklar Camii Ve Beylikdüzü Fatma Ana Cemevi. Tasarım Mimarlık ve Mühendislik Dergisi, 2(1), 1-9. https://izlik.org/JA84JZ85NF
17. Karataş, L., & Dal, M. (2023). A Graphical Ontology-Based Method for Rapid Damage Assessment of Stone Cultural Heritage Structures After an Earthquake: A Case Study of Mor Petrus and Mor Paulus Church, Adıyaman/Türkiye. Journal of Architectural Sciences and Applications, 8(Special Issue), 222-240. https://doi.org/10.30785/mbud.1310031
18. Karataş, L. & Bayhan, B. (2023). Damage assessment and restoration proposal following the 2023 Türkiye earthquakes: UNESCO World Heritage Site Diyarbakır City Walls, Türkiye, Heritage Science, 11, 228. https://doi.org/10.1186/s40494-023-01072-6
19. Sorrentino, L., Cattari, S., da Porto, F., Magenes,G. & Penna,A.(2019). Seismic behaviour of ordinary masonry buildings during the 2016 central Italy earthquakes. Bulletin of Earthquake Engineering, 17, 5583–5607 https://doi.org/10.1007/s10518-018-0370-4
20. TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası. (2004). Malatya’nın jeolojisi, depremselliği ve maden potansiyeli sempozyumu sonuç bildirgesi. https://www.jmo.org.tr/resimler/ekler/bae5f81d1c4563a_ek.pdf?dergi=HABER%20B%DCLTEN%DD
21. Karadoğan, S. (2007). Malatya kenti ve yakın çevresi için olası doğal riskler ve afet yönetimi (GIS ortamında örnek bir uygulama). https://web.itu.edu.tr/tahsin/CBS2007/sunu/60.pdf
22. Karadoğan, S. (1994). Kuruluş yeri açısından Malatya şehri ve yakın çevresinin jeomorfolojisi, Yüksek lisans tezi, Fırat Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü.
23. Karadoğan, S., & Özdemir, M. A. (2002). Malatya şehri doğusunda jeomorfolojik özelliklerden kaynaklanan sorunlar. Fırat Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 12(2), 31–46.
24. Önal, M., & Kaya, M. (2007). Stratigraphy and tectono-sedimentary evolution of the Upper Cretaceous–Tertiary sequence in the southern part of the Malatya Basin, East Anatolia, Turkey. Journal of Asian Earth Sciences, 29(5-6), 878–890. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2006.06.004
25. MTA. (2023). Malatya - L 40 paftasına ait 1/100.000 ölçekli jeoloji haritası. https://www.mta.gov.tr
26. Yalvaç, C. (2022, June 12). Hacı Yusuf Camisi- Taş Cami- Teze Cami- Yeni Cami. Malatyahaber.com. https://malatyahaber.com.tr/haci-yusuf-camisi-tas-cami-teze-cami-yeni-cami/ [27] Satılmış, S. (2021). Osmanlı Devleti’nde Afet Yönetimine Bir Örnek: 1889 ve 1890 Malatya Yangınları. Osmanlı Medeniyeti Araştırmaları Dergisi, 13, 101-128. https://doi.org/10.21021/osmed.978876
27. Satılmış, S. (2016). 1893 Malatya Depremi ve afet yönetimi. OTAM Ankara Üniversitesi Osmanlı Tarihi Araştırma ve Uygulama Merkezi Dergisi, 39, 137-177. https://izlik.org/JA27NF96CW
28. Malatya Söz. (n.d.). Yeni Cami aslını aratmayacak. https://malatyasonsoz.com.tr/haber/15700077/yeni-cami-aslini-aratmayacak
29. AA Haber. (n.d.). Kaderi depremlerle örülen Teze Cami, asrın felaketine dayanamadı. https://www.aa.com.tr/tr/asrin-felaketi/kaderi-depremlerle-orulen-teze-cami-asrin-felaketine-dayanamadi/2839193
30. Malatyahaber. (2023). Teze cami 180 yılda 3 kez depremde hasar gördü. https://malatyahaber.com/haber/teze-cami-180-yilda-3-kez-depremde-hasar-gordu
31. Habername. (2023, March 7). Kaderi depremlerle örülen Teze Cami asrın felaketine dayanamadı. https://www.habername.com/haber-kaderi-depremlerle-orulen-teze-cami-asrin-felaketine-dayanamadi-180890.htm
32. Busabah Malatya. (2023). Yeni cami yıkılmış olabilir ama Malatyalılar için asla… Teze cami halen ayakta. https://www.busabahmalatya.com/haber/17507724/yeni-cami-yikilmis-olabilir-ama-malatyalilar-icin-asla-teze-cami-halen-ayakta
33. Mirabile Gattia, D., Roselli, G., AlShawa, O., Cinaglia, P., Di Girolami, G., Francola, C., Persia, F., Petrucci, E., Piloni, R., Scognamiglio, F., Sorrentino, L., Zamponi, S. & Liberatore, D. (2019). Characterization of Historical Masonry Mortar from Sites Damaged During the Central Italy 2016-2017 Seismic Sequence: The Case Study of Arquata Del Tronto. Ann. Geophys. , 62 (3), SE341. https://doi.org/10.4401/ag-8019.
34. Decanini, L., De Sortis, A., Goretti, A., Langenbach, R., Mollaioli, F., & Rasulo, A. (2004). Performance of masonry buildings during the 2002 Molise, Italy, earthquake. Earthquake Spectra, 20(1), 191–220. https://doi.org/10.1193/1.1765106
35. Senaldi, I., Magenes, G., & Ingham, J. M. (2015). Damage Assessment of Unreinforced Stone Masonry Buildings After the 2010–2011 Canterbury Earthquakes. International Journal of Architectural Heritage, 9(5), 605–627. https://doi.org/10.1080/15583058.2013.840688
36. Aras, F., & Düzci, E. (2018). Seismic performance of traditional stone masonry dwellings under Çanakkale seismic sequences. Journal of Performance of Constructed Facilities, 32(4). https://doi.org/10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0001173
37. Vilayet of Ma'muretül'aziz. (1991). Redhouse yeni Türkçe-İngilizce sözlük (12th ed.). Redhouse Yayınevi.
38. Karataş Billor, L. (2024). Documentation of earthquake damages over the years and restoration recommendations for the historic Malatya Teze Mosque. IV. International Architectural Sciences & Applications Symposium (IArCSAS 2024), Girne, Cyprus.
39. Federal Emergency Management Agency (FEMA). (1998). Evaluation of earthquake damaged concrete and masonry wall buildings (FEMA 306). Washington, DC: FEMA. https://www.atcouncil.org/files/FEMA306.pdf
40. Grünthal, G. (Ed.). (1998). European Macroseismic Scale 1998 (EMS-98). European Seismological Commission. https://media.gfz.de/gfz/sec26/resources/documents/PDF/EMS-98_Original_englisch.pdf
41. Vlachakis, G., Vlachaki, E., & Lourenço, P. B. (2020). Learning from failure: Damage and failure of masonry structures, after the 2017 Lesvos earthquake (Greece). Engineering Failure Analysis, 117, 104803. 10.1016/j.engfailanal.2020.104803