Examination of historical mortar samples using multiple analytical methods: Tyana Roman Bath (Niğde-Kemerhisar) example

Year 2023, Volume: 12 Issue: 4, 1157 - 1167, 15.10.2023

Hacer Bilgilioğlu

https://doi.org/10.28948/ngumuh.1274588

Abstract

The building materials that generally constitute historical structures are stone, bricks made with mortar, and wood. Since the proportion of primary mortar components is crucial in restoration works of historical buildings, it is necessary to chemically and texturally analyze mortar samples to determine the proportions of its constituents. Therefore, understanding the properties of geological materials is highly important in conservation and repair works. This study aims to identify the characteristics of mortar used in the preservation and restoration of the structures belonging to Tyana Roman Baths through analytical methods. In this scope, pH and conductivity analysis, granulometric sieve analysis for aggregate particle size distribution, X-Ray Fluorescence (XRF) analysis, X-Ray Diffraction (XRD) spectroscopy, and petrographic examinations were conducted. Petrographic examinations identified binders, minerals, and lithic components within the samples. Furthermore, the XRD analysis results indicated that the mineral and binder properties are consistent with the petrographic characteristics. The particle size analysis revealed that the main aggregate content consisted of clay/silt material, while the conductivity and pH analysis results indicated that the mortar samples had a high degree of total salt content and exhibited alkaline properties. The geochemical analysis results determined that the lime type in the samples was weak hydraulic lime and hydraulic lime. All the obtained analysis results were utilized to generate data that can be used in the conservation and repair works of the Roman Baths.

Keywords

Tyana, Cement, Petrography, X-Ray Fluorescence (XRF), X-Ray Diffraction (XRD)

Tarihi harç örneklerinin çoklu analitik yöntemler kullanılarak incelenmesi: Tyana Roma Hamamı (Niğde-Kemerhisar) örneği

Abstract

Tarihi yapıları oluşturan yapı malzemeleri genellikle taş, harçlarla yapılan tuğlalar ve ahşaptan oluşmaktadır. Tarihi yapıların restorasyon çalışmalarında ilksel harç bileşenlerinin oranı çok önemli olduğundan harç örneklerinin kimyasal ve dokusal olarak incelenmesi ve bileşenlerin oranlarının saptanması gerekmektedir. Bu sebeple koruma/onarım çalışmalarında jeolojik kökenli malzemenin özelliklerinin bilinmesi oldukça önemlidir. Bu çalışmada, Tyana Roma Hamamı’na ait yapıların korunması/onarımına yönelik harç özelliklerinin analitik yöntemlerle tespiti amaçlanmıştır. Bu kapsamda pH ve iletkenlik analizi, agregada tane boyutu dağılımı için granülometrik elek analizi, X-Işını Floresans (XRF) analizi, X-Ray Diffraction (XRD) spektroskopisi ve petrografik incelemeler yapılmıştır. Petrografik incelemelerde örnekler içerisinde bağlayıcı, mineraller ve litik bileşenler tespit edilmiştir. Ayrıca yapılan XRD analiz sonuçlarında mineral ve bağlayıcı özelliklerinin petrografik özelliklerle uyumlu olduğu görülmektedir. Örneklerin ana agrega içeriğinin kil/silt malzeme olduğu, iletkenlik ve pH analiz sonuçlarına göre ise harç örneklerinin yüksek derecede toplam tuz içeriklerine sahip, bazik özellikte olduğu tespit edilmiştir. Jeokimyasal analiz sonuçlarında ise örneklerin kireç türünün zayıf hidrolik kireç ile hidrolik kireç özellikte olduğu belirlenmiştir. Elde edilen tüm analiz sonuçları ile Roma Hamamı koruma/onarım çalışmalarında kullanılabilecek veriler üretilmiştir.

Keywords

Tyana, Bağlayıcı, Petrografi, X-Işını Floresans (XRF), X-Ray Diffraction (XRD)

References

• G.Ö. Kuşçuoğlu, M. Taş Sürdürülebilir Kültürel Miras Yönetimi. Journal of Yalvaç Academy 2, 58–67, 2017.
• E. Uğurlu, H. Böke, Tarihi Yapıların Özgün Değerleri ile Korunması. Restorasyon ve Konservasyon Çalışmaları Dergisi 1, 17–19, 2009.
• A.A. Akyol, Y.K. Kadıoğlu, Ş. Demirci, Zeugma (Gaziantep) Antik Kenti duvar resimleri arkeometrik çalışmaları. Anadolu University Journal of Science and Technology A - Applied Sciences and Engineering 12, 37–56, 2011.
• M. Aydin, H. Tanrikulu, S. Tetiker, Şanlıurfa-Hacı Yadigâr Camii restorasyon amaçlı yapı malzemelerinin arkeometrik özelliklerinin incelenmesi. Türkiye Bilimler Akademisi Arkeoloji Dergisi 24, 238–247, 2019. https://doi.org/10.22520/tubaar.2019.24.012.
• B. Duman, T. Koralay, Y.K. Kadıoğlu, A.A. Akyol, Tarihi harç ve sıva örneklerinin çoklu analitik yöntemler kullanılarak incelenmesi: Tripolis (Yenice/Denizli) örneği. 31. Arkeometri Sonuçları Toplantısı 2016.
• J. Hormes, A. Diekamp, W.Klysubun, G.L. Bovenkamp, N. Börste, The characterization of historic mortars: a comparison between powder diffraction and synchrotron radiation based x-ray absorption and x-ray fluorescence spectroscopy. Microchemical Journal 125, 190–195, 2016. https://doi.org/10.1016/j.mıcroc. 2015.11.034.
• Martín Sánchez, M.J.Nuevo, M.A. Ojeda, S. Guerra Millán, S. Celestino, E. Rodríguez González, Analytical techniques applied to the study of mortars and coatings from the tartessic archaeological site “El Turuñuelo” (Spain). Radiation Physics and Chemistry 167, 108341, 2020. https://doi.org/10.1016/j.radphysc hem.2019.05.031.
• M. Bayazi̇t, D. Yıldız, Fatih Paşa Cami (Diyarbakır) sıva ve harç örneklerinin arkeometrik karakterizasyonu. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi 10, 709–720, 2019. https://doi.org/10.24012/dumf.408838.
• C. Yalçın, Mor Kuryakos Manastırı (Batman) harç, sıva ve taş örneklerinin arkeometrik tekniklerle incelenmesi. (Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Batman Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Batman, 2021.
• A.A. Akyol, Y.K. Kadıoğlu, Hasankeyf Artuklu Köşkü arkeometrik çalışmaları. Batman Üniversitesi Yaşam Bilimleri Dergisi 1, 29–42, 2012.
• M. Zeybek, A. Kaya, Tarihi yığma kiliselerde hasarların fotogrametrik ölçme tekniğiyle incelenmesi: Artvin Tbeti Kilisesi örneği. Geomatik 5, 47–57, 2020. https://doi.org/10.29128/geomatık.568584.
• Güleç, G. Emre, Sultanahmet Büyük Saray kazıları kalıntıları harç sıva analizleri. Restorasyon ve Konservasyon Çalışmaları Dergisi 1, 50–60, 2009.
• M. Yılmaz, S. Tek, Antalya Yivli Minare ve Camisinin restorasyon, güçlendirme ve zemin etüt çalışmaları. MASROP E-Dergi 12, 49–72, 2018.
• İ. Ciritci, G. Yücel, Ani yağışlar ve su baskını riski altındaki tarihi yapılar İstanbul Tarihi Yarımada: Ahi Çelebi Camisi. Academic Perspective Procedia 2, 172–181, 2019. https://doi.org/10.33793/acperpro.02.02.23.
• H. Günözü, Kapadokya bölgesi bizans dönemi kaya kiliseler duvar resimlerinde ticari ve ticari-olmayan enjeksiyon harçlarının performans problemleri üzerine analitik bir değerlendirme. Art-Sanat Dergisi 153–179, 2017.
• L. Karataş, A. Alptekin, M. Yakar, Material analysis for restoration application: A case study of the World’s First University Mor Yakup Church in Nusaybin, Mardin. Heritage Science 11, 1–17, 2023. https://doi.org/10.1186/s40494-023-00935-2
• D. French, Roman Roads and Milestones of Asia Minor = Küçük Asya’daki Roma Yolları ve Miltaşları. BAR Publishing, Ankara, 1981.
• D. Magie, Roman Rule in Asia Minor, Volume 2 (Notes) : To the End of the Third Century After Christ. Princeton University Press, New Jersey, 2017.
• D. Berges, Tyana in Kappadokien: Von Der Hethitischen Residenz Zur Gräco-Römischen Colonia. Wissenschaftliche Buchgesellschaft (WBG), Darmsta dt, 2002.
• J.A. Cramer, A Geographical and Historical Description of Asia Minor, Oxford University Press, Oxford, 1832.
• R. Dussaud, Louis Robert- Hellenica, Recueil d’épigraphie, de Numismatique et d’antiquités Grecques. Syria. Archéologie, Art et histoire, 1955.
• D. Berges, J. Nollé, Tyana : Archäologisch-Historische Untersuchungen Zum Südwestlichen Kappadokien. Habelt, Bonn, 2000.
• T. Gürkan, O. Doğanay, Tyana Roma Hamamı kazılarında ortaya çıkan sütun başlık parçaları. Karadeniz Uluslararası Bilimsel Dergi 1, 327–353, 2020. https://doi.org/10.17498/kdenız.833275.
• T. Gürkan, Tyana Antik Kenti Roma Hamamı kazılarında bulunmuş taş malzemeler. Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Konya, 2021.
• İ. Ketin, Anadolu’nun tektonik birlikleri. Maden Tetkik ve Arama Dergisi 66, 20–37, 1966.
• M.C. Göncüoğlu, Niğde Masifinin Jeolojisi. İç Anadolu’nun Jeolojisi Sempozyumu, Türkiye Jeoloji Kurultayı, sayfa 16–19, Ankara, Türkiye, 1981.
• İ. Seymen, Kaman (Kırşehir) Dolayında Kırşehir Masifinin Metamorfizması. 35. Bilimsel ve Teknik Kurultayı, 12-15, Ankara, 1981.
• M.C. Göncüoğlu, Geochronological Data from the Southern Part (Niğde Area) of the Central Anatolian Massif. Bulletin of the Mineral Research and Exploration 105–106, 1986.
• MTA 1/100 000 Ölçekli Türkiye Jeoloji Haritası Serisi, 2005.
• M. Korkanç, Characterization of Building Stones from the Ancient Tyana Aqueducts, Central Anatolia, Turkey: Implications on the Factors of Deterioration Processes. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 77, 237–252, 2018. https://doi.org/10. 1007/s10064-016-0930-2
• M. Korkanç, A. Savran, Impact of the surface roughness of stones used in historical buildings on biodeterioration. Construction and Building Materials 80, 279–294, 2015. https://doi.org/10.1016/j.conbuıl dmat.2015.01.073.
• TS 1900-1, İnşaat Mühendisliği Zemin Laboratuar Deneyleri – Bölüm 1: Fizksel Özelliklerin Tayini. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2006.
• J.M. Teutonico, A Laboratory Manual for Architectural Conservators (Vol. 168), Rome, 1988.
• Güleç, T. Tulun, Physico-Chemical and petrographical studies of old mortars and plasters of Anatolia. Cement and Concrete Research 27, 227–234, 1997. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(97)00005-7.
• G. Aslan, Mozaikli villa (Tripolis-Denizli) mekân duvarlarında kullanılan harçların arkeometrik yöntemlerle ıncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale üniversitesi, Arkeoloji Enstitüsü, 2019.
• ASTM, American Society for Testing and Materials Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2006. https://doi.org/10.1520/D2487-17.
• N. Alkan, E. Çağıran Ö.H. Ersan, M. Eruş, Restorasyon ve Konservasyon Laboratuvarları Müdürlüğü; İstanbul Büyükşehir Belediyesi İmar ve Şehircilik Daire Başkanlığı Koruma Uygulama ve Denetim Müdürlüğü (KUDEB) Restorasyon ve Konservasyon Laboratuvarları Yayınları, 2009.
• EN ISO 10523. Water Quality-Determination of pH, 2012.
• ISO 7888 Determination of Electrical Conductivity, 1985.
• C.A. Black, Methods of Soil Analysis: Part 1 Physical and Mineralogical Properties, Including Statistics of Measurement and Sampling.in: C.A., Black (Eds), Agronomy, American Society of Agronomy, Wisconsin, USA, 1965.
• F. Feigl, Spot Tests in Organic Analysis. Elsevier Publishing Company, London, 1966.
• P.F. Kerr, Optical Mineralogy. McGraw-Hill Higher Education, USA, 1978.
• G.R. Rapp, Properties of Minerals. in: G.R. Rapp (Eds.), Archaeomineralogy, Springer Berlin, pp. 13-40, Heidelberg, 2002.
• B. Güllü, E. Yılmazer, The Effect of Particle Size on the Major Element Oxide Analysis of Granitic Rocks with Wavelength Dispersive X-Ray Fluorescence (WD-XRF). 9th Geochemistry Symposium with International Participation; Aydın, Türkiye, 2022.
• B. Gullu, Y.K. Kadioglu, Use of tourmaline as a potential petrogenetic ındicator in the determination of host magma: CRS, XRD and PED-XRF Methods. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 183, 68–74, 2017. https://doi.org/10.1016/j.saa.2017.04.032.
• B. Güllü, K. Deniz, Nature and crystallization stages of spherulites within the obsidian: Acıgöl (Cappadocia- Nevşehir, Turkey). Turkish Journal of Earth Sciences 31, 545–562, 2022. https://doi.org/10.55730/1300-098 5.1819.
• M. Korkanç, İgnimbiritlerin jeomekanik özelliklerinin yapı taşı olarak kullanımına etkisi: Nevşehir Taşı. Jeoloji Mühendisliği Dergisi 31, 49–60, 2007.
• A. Akyol, M. Yilmaz, Hasankeyf Sultan Süleyman Cami Minaresi Harç Örneklerinin Arkeometik Analizleri. Cedrus 8, 643–658, 2020. https://doi.org/10 .13113/cedrus.202033.
• M. Eroğlu, M. Bilgen, Y. Kağan Kadıoğlu, K. Deniz, Karabük Ovacık Çukur Camisi yapı malzemelerinin arkeometrik analizleri. Art-Sanat 16, 151–179, 2021. https://doi.org/10.26650/artsanat.2021.16.0006.
• C. Oğuz, F. Türker, N.U. Koçkal, Andriake Limanında Roma, Bizans ve Selçuklu Dönemi Harçların Özellikleri. Teknik Dergi 26, 429, 2015.
• D. Ergenç, A. Türer, P. Degryse, E. Torun, J. Poblome, Ç. Meral Akgül, Multiscale assessment of masonry materials from the Roman Imperial Baths at Sagalassos. Measurement 198, 111368, 2022. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2022.111368.
• N. Aysal, Ş. Caran, Sagalassos Antik Kenti (Pisidia) yapı ve dekor taşlarının mineralojisi, petrografisi ve kaynak alanlar. İstanbul Yerbilimleri Dergisi 29, 2019