The Effect of Geomechanical Properties of Ignimbrites on Their Usage as Building Stone: Nevşehir Stone

Abstract

For this study; different colored pyroclastics belong to Kavak ignimbrite that widely spreads around Nevşehir were choosen. These rocks were widely used as building stone in low storeyed buildings and especially in historical building in the past. Nowadays, they have an increasing usage in outer surface covering of the buildings, stairs, floorings, banisters, pools and their surroundings, arches, columns, fireplaces, balcony decorations and restoration applications because of having decorative properties. Sampling was carried out in 6 different areas in the field because they have different color and texture characteristics that change frequently in close areas. At first petrographical and chemical properties of these samples were determined and then standard rock mechanic experiments were carried out in order to determine their geomechanical properties. According to the results, it is exposed that investigated pyroclastics are non-welded ignimbrite and there are important relationships between their geological, chemical, petrographical properties and geomechanical properties. Especially, the samples having opaque minerals, fine grained rock fragments and higher matrix ratio than grain ratio, have lower porosity and higher density and compressive strength.

Keywords

• Ignimbrite, geomechanical properties, petrographical properties, building stone

İgnimbiritlerin Jeomekanik Özelliklerinin Yapı Taşı Olarak Kullanımına Etkisi: Nevşehir Taşı

Abstract

Araştırmalar için Nevşehir dolayında geniş alanlarda yüzeylenen Kavak ignimbiritlerine ait farklı renklerdeki piroklastikler seçilmiştir. Söz konusu birimlerden çıkarılan taşlar önceleri özellikle tarihi yapılarda ve düşük katlı binalarda yapı taşı olarak yaygın bir şekilde kullanılmıştır. Günümüzde ise daha çok dekoratif özelliklerinden dolayı bina dış yüzey kaplamasında, merdiven, yer döşemesi, korkuluk, havuz ve kenarları, kemer, sütun, şömine balkon süslemeleri ve restorasyon uygulamalarındaki kullanımı giderek artmaktadır. Yakın alanlarda renk ve dokusal özellikleri çok sık değişim göstermelerinden dolayı 6 farklı alanda örnekleme yapılmıştır. Derlenen bu örneklerin öncelikle petrografik ve kimyasal özellikleri belirlenmiş olup, jeomekanik özelliklerini belirlenmek amacıyla da standart kaya mekaniği deneyleri yapılmıştır. Elde edilen verilere göre, incelenen piroklastiklerin iyi kaynaşmamış ignimbirit özelliğinde olduğu, bunların jeolojik, kimyasal ve petrografik özellikleri ile jeomekanik özellikleri arasında önemli ilişkilerin olduğu ortaya konmuştur. Özellikle 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.

Keywords

• İgnimbirit, jeomekanik özellikler, petrografik özellikler, yapı taşı.

References

1. Aydan, Ö., Ulusay, R., Yüzer, E., 1999. Man-made structures in Cappadocia, Turkey and their implications in rock mechanics and rock engineering. ISRM News Journal, 6 (1), 63-73.
2. Aydan, Ö., Ulusay, R., 2003. Geotechnical and geoenvironmental characteristics of manmade underground structures in Cappadocia. Turkey. Engineering Geology, 69, 245-272.
3. Aydan, Ö., Tano, H., Watanabe, H., Ulusay, R., Tuncay, E., 2007a. Kapadokya bölgesinde antik ve güncel kaya yapılarının kaya mekaniği açısından değerlendirilmesi. Kapadokya Yöresinin Jeolojisi Sempozyumu, 17-20 Ekim 2007 Niğde, Bildiriler Kitabı, 1- 12.
4. Aydan, Ö., Tano, H., Ulusay, R., Kumsar, H., Yenipınar, H., 2007b. Derinkuyu yeraltı şehrinin uzun süreli yapısal duraylılığı ve çevre koşullarının incelenmesi üzerine deneysel bir çalışma. Kapadokya Yöresinin Jeolojisi Sempozyumu, 17-20 Ekim 2007 Niğde, Bildiriler Kitabı, 24-34.
5. Beekman, P.H., 1966. The Pliocene and Quaternary volcanism in the Hasandağ-Melendizdağ region. MTABull., Vol. 66, 99-106.
6. Besang, C., Eckhardt, F, J., Harre, W., Kreuzer, H., M ülle r, P., 1 9 7 7. Ra di omet ric he Altersbestimmungen an Neogenen Eruptivgesteinen der Türkei. Geol.Jb. B 25, 3- 36.
7. Deere, D.U., Miller, R.P., 1966. Engineering classification and index properties for intact rock. Technical Report No. AFWL-TR-65- 116, Air Force Weapons Lab., Kirtland Air force Base, 308 pp.
8. Ercan, T., Tokel, S., Can, B., Fişekçi, A., Fujitani, T., Notsu, K., Selvi, Y., Ölmez, M., Matsuda, J. I., Ul, T., Yıldırım, T., Akbaşlı A., 1990. Hasandağ-Karacadağ (Orta Anadolu), dolaylarındaki Senozoyik yaşlı volkanizmanın kökeni ve evrimi. Jeomorfoloji Dergisi, 18, 39- 54.

9. Ercan, T., Tokel, S., Matsuda, J., Ul, T., Notsu, K., Fujitani, T., 1992. New geochemical isotopic and radiometric data of the Quaternary volcanism of Hasandağı-Karacadağ (Central Anatolia). TJK Bülteni, 7, 8-21.
10. Erdoğan, M., 1986. Nevşehir-Ürgüp yöresi tüflerinin malzeme jeolojisi açısından araştırılması. İ.T.Ü. Maden Fak., Doktora Tezi, 100 s (yayımlanmamış).
11. Erguvanlı, K., 1975. Mühendislik Jeolojisi. İTÜ Gümüşsuyu Matbaası, İstanbul, 590 s.
12. Franklin, J. A., Chandra, R., 1972. The slake durability test. Int. J. Rock Mech. Min. Sc. 9, 325–341
13. Goodman, R. E., 1989. Introduction to Rock Mechanics. 2nd Edition, John Wiley & Sons, NewYork, 562 pp.
14. Gökçeoğlu, C., Ulusay, R., Sönmez, H., 2000. Factors affecting the durability of selected weak and clay-bearing rocks from Turkey, with particular emphasis on the influence of the number of drying and wetting cycles. Engineerıng Geology 57 (3-4), 215-237
15. Güleç, N., Toprak, V., Arcasoy, A., 1997. Evaluation of Melendiz Volcanic Complex using remote sensing and geographic information systems. ODTU-AFP: 97-03-09- 02, 84 s.
16. Innocenti, F., Mazzuoli, G., Pasquare, F., Radicati Di Brozolo, F., Villari, L., 1975. The Neogene calcalkaline volcanism of Central Anatolia; geochronological data on Kayseri-Niğde area. Geol. Mag. 112 (4), 349-360.
17. ISRM (International Society for Rock Mechanics), 1981. Rock characterization, testing and monitoring. ISRM Suggested methods. E.T. Brown (ed.), Pergamon Press, 211 pp.
18. Le Pennec, J.L., Bourdier, J.L., Froger, Temel, A., Camus, G., Gourgaud, A., 1994. Neogene ignimbrites of the Nevsehir plateau (Central Turkey): stratigraphy, distribution and source constraints. J. Volcanol. Geotherm. Res. 63, 59–87.
19. Le Pennec J.L, Temel, A., Froger, J.L., Sen, S., Gourgaud, A., Bourdier, J.L., 2005. Stratigraphy and age of the Cappadocia ignimbrites, Turkey: reconciling field constraints with paleontologic, radiochronologic, geochemical and paleomagnetic data. Journal of Volcanology And Geothermal Research 141 (1-2), 45-64.
20. Maharaj, R. J., 2001. Assessment of volcanic rock for constrction in the Federated States of Micronsia. Proceedings of the Aggregate 2001-Environment and Economy, 6-10August 2001, (P. Kuula-Vaisaen and R.Uusinoka, editors), Helsinki, Finland, vol. 1, 121-127
21. Mcnally, G.H., 1998. Soil and rock construction materials. E and FN Spon, Firts published, London and NewYork, 403 pp.
22. NBG (Norwegian Group for Rock Mechanics), 1985. Engineering Geology and Rock Engineering. Handbook No 2, 249 pp.
23. Pasquare, G., 1966. Outtlines of the Neogene and Quaternary volcanism of Asia Minor. Accad. Naz. Dei Linc., 40, 1077-1085.
24. Pasquare, G., 1968. Geology of Cenozoic volcanic area of Central Anatolia. Memorie: Roma, Academia Nazionale Dei Lincei, 55-204.
25. Pasquare, G., Poli, S., Vezzoli, L., Zanchi,A., 1988. Continental arc volcanism and tectonic setting in Central Anatolia, Turkey. Tectonophysics 146, 217–230.
26. Postacıoğlu, B., 1987. Beton, Bağlayıcı Maddeler, Agregalar, Beton. Cilt 1-2, Teknik Kitaplar Yayınevi, İstanbul, 404 s.
27. Schumacher, U. M., Schumacher, R., 1996. Problems in stratigraphic correlation and new K–Ar data for ignimbrites from Cappadocia, Central Turkey. International Geology Review 38, 737–746.
28. Temel, A., Gündogdu, M.N., Gourgaud, A., Le Pennec, J.L., 1998. Ignimbrites of Cappadocia (Central Anatolia, Turkey): petrology and geochemistry. J. Volcanol. Geotherm. Res. 85, 447–471.
29. Topal, T., 1995. Formation and deterioration of fairy chimneys of the Kavak tuff in ÜrgüpGöreme area (Nevşehir-Turkey). PhD Thesis, METU,Ankara, 250 p (Unpublished).
30. Topal, T. and Doyuran, V., 1997. Engineering geological properties and durability assessment of the Cappadocian tuff. Engineering Geology, 47, 175-187.
31. Toprak, V., Göncüoğlu, M. C., 1993. Tectonic control on the development of the Neogene Quaternary Central Anatolian volcanic province, Turkey. Geological Journal, 28, 357- 369.
32. Türkecan, A., Akçay, A. E., Satır, M., Dönmez, M., Ercan, T., 2003. Melendiz Dağları (Niğde) volkanizması. 56. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Bildiri Özleri Kitabı, 16-17.
33. Ulusay, R., Akagi, T., Ito, T., Seiki, T., Yüzer, E., Aydan, Ö., 1999. Long term mechanical characteristics of Cappadocia tuff. Proceedings of the 9 ISRM International Congress, G.Vouille and P. Berest (eds.), Paris, France,A.A. Balkema, 687-690.
34. Ulusay, R., Gökçeoğlu, C., Topal, T., Sönmez, H., Tuncay, E., Ergüler, Z.A., Kaşmer, Ö., 2006.
35. Assessment of environmental and engineering geological problems for the possible re-use of an abandoned rock-hewn settlement in Urgüp (Cappadocia), Turkey. Environmental Geology, 50, 473-494.
36. Ulusay, R., Aydan, Ö., 2007. Kapadokya bölgesinde bazı yeraltı açıklıklarındaki tüflerin kaya mühendisliği açısından değerlendirilmesi. Kapadokya Yöresinin Jeolojisi Sempozyumu, 17-20 Ekim 2007 Niğde, Bildiriler Kitabı, 13-23.
37. Viereck, G.L., Lepetit, P., Ganskow, G., Gürel A., 2006. The volcanic stratigraphy of Cappadocia, Central Anatolia. EGU General Assembly 2006, Vienna, Geophysical research Abrsracts Vol. 8, 10301.