Determination of Structural Destruction of Ancient Monuments with Thermal Imaging and Microwave Humidity Measurements: Sample Study of Hagia Sophia Museum

Abstract

In Turkey currently the restoration of buildings with historical significance is given great importance. Before restoration work on these types of buildings with historical significance, it is very important to research the causes of deformation and disruption. Due to developed technological tools, it is possible to determine deformation and causes with non-destructive methods before restoration work.

The main dome of Hagia Sophia Museum, with construction completed in 537 AD and used as a mosque after the conquest of Istanbul, has collapsed and been damaged several times. In the 16th century Mimar (architect) Sinan attempted to prevent this damage by constructing retaining walls and buttresses. In addition to this damage to the main dome, there is structural damage that has occurred within the building. With the aim of preventing this damage, all supporting elements within the building, led by the gallery floor, were supported with metal and wooden beams. After this reinforcement, there is no evidence of any earthquake causing destruction to Hagia Sophia in spite of many earthquakes occurred in the region. In addition to all these reinforcement works, in 1930 the architect Fossatti brothers performed repair and reinforcement work to the main dome. A focus of intense interest currently with many visitors, there is noteworthy deformation in Hagia Sophia, especially on the floor of the gallery and in the walls.

With the aim of researching the causes of disruption and deformation identified in the walls with structural radar studies, thermal imaging and microwave humidity measurements were completed. The images obtained as a result shed light on the findings of the structural radar study.

Thermal imaging processes and point microwave humidity measurements performed on the gallery floor of Hagia Sophia Museum show the problems the structure has been and will be exposed to and reveal that non-destructive examination processes may be successfully used. 

These types of studies carry great importance in preserving structures with both historical importance and economic importance due to current visitor numbers.

Keywords

• thermal imaging,microwave humidity measurements,Hagia Sophia

Eski Eserlerdeki Yapısal Tahribatların Termal Görüntüleme ve Mikrodalga Nem Ölçümleri ile Belirlenmesi: Ayasofya Müzesi Örnek Çalışması

Abstract

Ülkemizde güncel olarak tarihi önem taşıyan binaların restorasyonuna büyük önem verilmektedir. Bu tarz önemli tarihsel geçmişe sahip binalarda restorasyon çalışması yapılmadan önce deformasyonların ve bozulmaların nedenini araştırmak da çok büyük önem taşımaktadır. Gelişen teknolojik aletler sayesinde restorasyon çalışmaları öncesinde deformasyon ve nedenlerini tahribatsız yöntemler ile belirlemekte mümkün olmaktadır.

Yapımı M.S. 537 yılında tamamlanan ve İstanbul’un fethi sonrasında cami olarak kullanılmaya başlanan Ayasofya Müzesi’nin (Hagia Sophia) ana kubbesi, birçok kez çökerek hasara uğramış; 16. yy da ise Mimar Sinan tarafından yapılan istinat duvarı ve payandalar ile bu hasarlar önlenmeye çalışılmıştır. Ana kubbedeki bu hasarların yanı sıra, bina içerisinde de meydana gelen yapısal hasarlar mevcuttur. Bu hasarların önlenmesi amacıyla da, başta galeri katı olmak üzere binada bulunan taşıyıcı elemanlar, metal ve ahşap hatıllar ile desteklemiştir. Bu güçlendirmelerden sonra, bölgede birçok deprem meydana gelmesine rağmen, Ayasofya’da yıkıma yol açan bir deprem olduğuna dair herhangi bir kayıt bulunmamaktadır. Tüm bu güçlendirme çalışmalarının yanı sıra, 1930’lu yıllarda Mimar Fossatti kardeşler tarafından ana kubbeye tadilat ve güçlendirme çalışmaları da yapılmıştır. Günümüzde birçok ziyaretçi tarafından yoğun olarak ilgi gören Ayasofya’da, özellikle galeri katında zeminde ve duvarlarında yer alan bu deformasyonların varlığı dikkat çekmektedir.

Yapı radarı sonuçlarında tespit edilen duvarlardaki bozulma ve deformasyonların nedeninin araştırılması amacı ile termal görüntüleme ve mikrodalga nem ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçların verdiği görüntü yapı radarının tespitlerine ışık tutacak şekilde olmuştur.

Ayasofya Müzesi Galeri Katında yapılmış olan termal görüntüleme işlemi ve noktasal mikrodalga nem ölçümleri yapının maruz kaldığı ve kalacağı sorunları göstererek tahribatsız muayene işlemlerinde başarılı olarak kullanılabileceğini ortaya koymuştur. Bu tarz çalışmalar gerek tarihsel önemi gerekse günümüz ziyaretleri ile ekonomik önemi bulunan yapının korunmasında büyük önem taşımaktadır.

Keywords

• Termal Görüntüleme,Mikrodalga Nem ölçümü,Ayasofya

References

1. Berkmen G., 2001. Dış Cephe Yalıtım Sistemleri ve Uygulama Prensipleri, Yalıtım Kongresi ve Sergisi Bildirileri, MMO Yayını.
2. Bianchi F., Pisello A.L., Baldinelli G., Asdrubali F., 2014. Infrared Thermography Assessment of Thermal Bridgesin Building Envelope: Experimental Validation ina Test Room Setup. 7107-7120; doi:10.3390/su6107107.
3. Brodwin M., Benway J., 1980. Experimental Evaluation of a Microwave Transmission Moisture Sensor, Journal of Microwave Power 15(4): 261-265.
4. Chaloupka H., Ostwald O., Schiek B., 1980. Structure Independent Microwave Moisture Measurement, Journal of Microwave Power 15(4): 221-231
5. Cox-Smith I., 2010. Using Infrared Thermal Imaging to Audit Retrofitted Wall Insulation in Houses. BRANZ Study Report SR 232.
6. Değirmenci A. İ., 2010. Türkiye’de Uygulanan Yalıtım Tekniklerinin Araştırılmasında Termal Kameranın Etkin Biçimde Kullanılması, Fen Bilimleri Enst. Yüksek Lisans Tezi.
7. Evangelisti L., Guattari C., Paola G., 2015. Energy Retrofit Strategies for Residential Building Envelopes: An Italian Case Study of an Early-50s Building. Sustainability 7, 10445-10460; doi:10.3390/su70810445.
8. Faundez-Zanuy, M., Mekyska, J., 2011. On the Focusing of Thermal Images, Pattern Recognition Letters 32, 1548–1557.

9. Grinzato E., 2012. IR Thermography Applied to the Cultural Heritage Conservation. 18th World Conference on Nondestructive Testing, 16-20 April 2012, Durban, South Africa.
10. Anonim, 2017. Termal Görüntüleyiciler (http://www.fluke.com/fluke/trtr/products/ termalgoruntuleyiciler.html)
11. Kosikowski M. and Suszynski Z., 2011. Processing and Recognition of the Thermal Images Using Wavelet Transforms, Microelectronics Reliability 51, 1271–1275.
12. Kraszewski A., 1980. Microwave aquametry – A review., Journal of Microwave Power 15(4): 261-265
13. Kraszewski A.W, Trabelsi S., Nelson S.O., 1996. Moisture Content Determination in Grain by Microwave Parameters Measurement., Symposıim on Antenna Tech and Applied Electromagnetics, August 6-9, Montréal, Canada, pp.515-519.
14. Nelson S., Lawrence K. and Kandala C., 1992. Sensing Moisture in Peanut and Pecan Kernels by RF Impedance Measurements., Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy, vol.27, no.3, pp.171-174.
15. Nikzad S., Kari B.M., Tahmasebi F., 2011. The Application of Thermal Imaging as a Nondestructive Test in Historic Buildings. XII DBMC, Porto, Portugal.
16. Pleşu R., Teodoriu G., Tăranu G., 2012. Infrared Thermography Applıcations for Building Investigatıon. Buletinul Institului Politehnıc Dın Iaşı Publicat De Universitatea Tehnică Gheorghe Asach, Din Iaşi Tomul Lvııı (Lxıı), Fasc. 1, Secţia Construcţıı. Arhıtectură.
17. Yalçıner C.Ç., Gündoğdu E., 2017. Eski Eserlerdeki Yapısal Tahribatların Termal Görüntüleme ve Mikrodalga Nem Ölçümleri ile Belirlenmesi: Ayasofya Müzesi Örnek Çalışması. ÇOMÜ BAP FBA 2016-803, Final Raporu, 49 s.
18. Young M., 2014. Thermal Imaging in the Investigation of Solid Masonry Structures. The Building Conservation Directory.