Evaluation of the stability of shallow underground rock hewn structures in Derinkuyu (Nevşehir) settlement

Derinkuyu İlçesi Nevşehir'e 30 km mesafede turistik bir yerleşimdir. Derinkuyu'nun Kapadokya Bölgesinde bilinmesine neden olan en önemli yapı yeraltı şehridir. Hitit döneminde oyulduğu düşünülen bu şehirde birbiriyle bağlantılı kaya oyma mekanlar yerin içerisine doğru farklı katlarda oyulmuşlardır. Derinkuyu yerleşiminin kolay kazılabilir ve zayıf dayanıma sahip ignimbirit birimi üzerinde yer alması sebebiyle, söz konusu turistik yeraltı şehrinin yanı sıra, mevcut konutların altında farklı boyutlarda ve düzensiz geometriye sahip çok sayıda irili ufaklı kaya oyma mekan yeralmaktadır. Ancak, bu kaya oyma yapıların yeraltındaki yayılımı ve boyutları ile ilgili resmi ve düzenli bir kayıt sistemi olmadığı için zaman zaman bu yeraltı boşluklarında duraysızlıklar meydana gelmektedir. Bu duraysızlıkların yüzeydeki etkileri de istenmeyen sonuçların ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında Derinkuyu ilçe merkezi içerisinde yer alan rölöve projeleri hazırlanmış iki farklı parsel içerisinde yeralan kaya oyma mekanların duraylılığı sonlu elemanlar yöntemi ile gerçekleştirilen analizler ile değerlendirilmiştir. Bunun yanı sıra, RMR ve GSI abakları kullanılarak Kaya Kütle Kalitesi değerinin iyi olduğu tespit edilmiştir. Daha sonra İncelenen sığ yeraltı boşluklarına etki eden gerilmeler belirlenmiş ve malzemenin dayanım değerleri ile karşılaştırılmıştır. Gerçekleştirilen analizler sonucunda, ignimbiritlerde herhangi bir ayrışma gözlenmediği ve bu açıklıkların farklı yönelimlere sahip süreksizlik setleri ile kesilmediği durumda göçme olayı ile karşılaşılmayacağı saptanmıştır. Öte yandan açık tavanlarda yerçekimi etkisiyle oluşacak çekme gerilmelerinin malzeme çekme dayanımını aşmaması için yeraltı boşluklarının tavanında yüzeye kadar minimum 1 (bir) metrelik örtü kalınlığı bulunması gerekmektedir. İnceleme alanındaki sığ yeraltı boşluklarının duraylılığına etki eden unsurların değerlendirilmesi amacıyla incelenen yeraltı boşluklarına ait modellere tavanda ayrışma zonu ve iki adet süreksizlik seti varsayımları eklenerek analizler tekrar gerçekleştirilmiştir. Bu analizler neticesinde Derinkuyu ve çevresindeki sığ kaya oyma mekanların duraylılığına olumsuz yönde etki eden en önemli unsurların ayrışma ve süreksizlikler olduğu ortaya konmuştur. Yerleşim genelinde bu tür problemlerin yaşanmaması için drenaj tedbirlerinin alınması (örn. yağmursuyu şebekesi vb.) ve düzenli bir envanter sisteminin oluşturulması gerekmektedir.Derinkuyu district is a touristic settlement 30 km away from Nevşehir. The most important structure of Derinkuyu is the underground city which highlights the settlement in the Cappadocia region. In this underground city, which is thought to have been carved during the Hittite period, rock carved rooms connected to each other were carved on different floors towards the ground. Besides the underground city, due to the fact that the Derinkuyu settlement is located on an easily excavated and weak ignimbrite unit, there are a number of large and small rock hewn spaces with irregular geometries and different sizes under the existing houses. But, since there is no formal and regular registration system related to the underground expansion of these rock-carved structures and their dimensions, there is occasional instability in these underground structures. The effects of these instabilities on the surface cause undesired results. Within the scope of this thesis, the stability of the surveyed rock hewn rooms in a couple of different parcels in Derinkuyu district was evaluated with the analyses carried out by finite element method. In addition, the rock mass quality was determined to be good by using the RMR and GSI methods. Then, the stresses affecting the examined shallow underground cavities were determined and compared with the strength values of the material. As a result of the analyses performed, it was determined that collapse will not be observed in ignimbrites unless these cavities are significantly weathered and are not cut by discontinuity sets with different orientations. On the other hand, in order to prevent the exceedance of the tensile stresses caused by the gravity over the material tensile strength, there should be a minimum thickness of 1 (one) meter to the surface in the ceiling of underground cavities. In order to evaluate the factors affecting the stability of the shallow underground spaces in the investigation area, a weathering zone and two sets of discontinuities were assumed in the models belonging to the underground spaces that were investigated and the analyses were carried out again. As a result of these analyses, the most important factors affecting the stability of the shallow rock hewn structures in Derinkuyu district are the weathering and discontinuities. Drainage measures should be taken in order to avoid such problems throughout the settlement (stormwater network etc.) and a regular inventory system needs to be established