İstanbul'daki tarihi yapılarda kullanılan farklı kireçtaşlarının mikrobiyal yöntemle sağlamlaştırılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the strengthening of different limestones used in historical buildings in İstanbul by microbial method
Yazar: ÖZGE BOSO HANYALI
Danışman: PROF. DR. ATİYE TUĞRUL ; PROF. DR. GÜLŞEN ALTUĞ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Mühendislik jeolojisi = Engineering geology

Özet:
Kültürel miras niteliğindeki tarihi yapı ve eserlerin pek çoğu doğal taş kullanılarak yapılmış olup, zaman içinde fiziksel, kimyasal ve mekanik etkilerle oluşan mikroçatlakların artmasından dolayı yavaş yavaş bozumaktadır. Kireçtaşı gibi karbonatlı malzemelerin mikroboşluklara ve birbiri ile ilişkili mikroçatlaklara sahip olmaları nedeniyle diğer doğal taşlara göre atmosferik şartlardan daha kolay etkilenirler. 

Ülkemizde özellikle İstanbul'da birçok tarihi yapı ve eserlerin yapımında kireçtaşlarının kullanılması bu taşların sağlamlaştırılma ihtiyacının önemini göstermektedir. Bu çalışmada, farklı özelliklerdeki kireçtaşlarının; mikroorganizmaların doğal olarak gerçekleştirdiği karbonat çökelimi özelliğinden yararlanarak, sağlamlaştırılabilirliğinin araştırılması amaçlanmıştır. Besiyeri ortamında kültür edilen bakterilerin karbonat çökelimi gerçekleştirmesi ve bakterinin kireçtaşına nüfuz etmesi ile karbonatlı taşların fiziko-mekanik özelliklerinin iyileşmesinin gözlenmesi planlanmıştır. 

Çalışmada kullanılan taş örnekler Edirne'nin Süloğlu ve İstanbul'un Hadımköy ilçelerinde bulunan blok taş ocaklarındaki kireçtaşlarından ve Karadeniz Medresesi'nde kullanılmış yıllardır yapıda mevcut olan, yapının restorasyonu sürecindeki taş değişimleri sırasında açığa çıkan taşlardan temin edilmiştir.

Yapılan tez çalışması "Ön Bakteriyolojik Analizler" ve "Taşlar Üzerinde Yapılan Deneysel Çalışmalar" şeklinde iki ana bölümden oluşmaktadır. Yapılan ön bakteriyolojik analizler sonucunda, taşlar üzerinde en etkin sağlamlaştırma yapan bakteri suşu M. xanthus olarak, taşların daldırılacağı kültür besiyerlerindeki optimum inkübasyon süresi de 27 gün olarak belirlenmiştir. "Taşlar Üzerinde Yapılan Deneysel Çalışmalar" bölümünde üç farklı gruptaki taş örnekler üzerinde mineralojik-petrografik analizler, kimyasal ve ileri analizler ile fiziksel ve mekanik deneyler yapılarak, taşların karakteristik özellikleri tespit edilmiştir. Deneysel çalışmaların bundan sonraki aşaması için ayrılan bir kısım taş örneklerin atmosfer koşulları altındaki davranışının belirlenmesi amacıyla hızlandırılmış durabilite deneyleri yapılmıştır. Durabilite deneylerinin uygulandığı ve uygulanmadığı taş örnekler M. xanthus baktesi suşunun aşılandığı kültür besiyerlerinde 27 gün boyunca inkübe edilmiştir. Çalışmanın sonunda; mikrobiyal yöntemin uygulandığı taş örneklerin gerçek yoğunluk değerlerinde ve ultrases hız ölçüm değerlerinde artış meydana gelirken, kılcal su emme değerlerinde azalma meydana gelmiştir. Yapılan Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizleri sonucunda kalsiyum karbonat çökeliminin tüm taş örneklerde meydana geldiği tespit edilmiştir. Bakteri hücreleri kalsit tanelerine gözenekleri bloke etmeden bağlanmıştır. Elde edilen sonuçlar M. xanthus bakteri suşunun seçilen kireçtaşları üzerinde sağlamlaştırma potansiyelinin olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Many of historical structure and artifects in the cultural heritage are made of natural stone and over the time they are faced with danger of weathering gradually with the physical, chemical and mechanical effects due to the increase of micro cracks in the stones. Carbonoceous materials such as limestone are more easily affected due to their porous structure compared to natural stones.

The use of limestones in the construction of many historical buildings and monuments in our country, especially in Istanbul, shows the importance of the need for consolidate these stones. For this reason, it is necessary to increase the durability and life of these stones in atmospheric conditions. Therefore, in this study, it is aimed to consolidate the limestones which have different properties by using the carbonate precipitation feature naturally performed by microorganisms. It is planned to observe the improvement of the physicomechanical properties of the carbonate stones with the carbonate precipitation of the bacteria cultured in the medium and the penetration of the bacteria into the limestone.

As a result of the research determined, the bacteria used in this study, Myxococcus xanthus and Bacillus subtilis, have the highest ability to produce calcium carbonate and give the most effective results in stone consolidation.
The stone samples used in the study will be obtained from the limestones with different characteristics in a block stone quarries located in Süloğlu (Edirne) and Sazlıbosna (Hadımköy). The other group of stones used in Karadeniz Madrasa will also be obtained from the stones released of the stone changes during the restoration process of the building. 

The thesis study consists of "Preliminary Bacteriological Analysis" and "Experimental Studies on Stones." As a result of the preliminary bacteriological analyzes, M. xanthus is the bacterial strain that makes the most effective consolidation on the stones, and the optimum incubation period in the culture media where the stones will be immersed was determined as 27 days. In the section "Experimental Studies on Stones," mineralogical-petrographic analyses, chemical and advanced analyses, and physical and mechanical experiments were performed on stone samples in three different groups, and the characteristics of the stones were determined. Accelerated durability experiments were carried out to assess the behavior of some stone samples under atmospheric conditions, which were reserved for the next stage of experimental studies.

Stones with and without durability tests were incubated for 27 days in culture media inoculated with M. xanthus bacteria. At the end of the study, While there was an increase in the actual density values and ultrasound velocity measurement values of the stone samples to which the microbial method was applied, there was a decrease in the capillary water absorption values. As a result of Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis, it was determined that calcium carbonate precipitation occurred in all stones. Bacterial cells completely covered the pore walls of the stones at the end of the 27th day. Bacterial cells are attached to the calcite grains without blocking the pores. The results showed that Myxococcus xanthus bacterial strain has the potential to consolidate on selected limestones.