Bir zamanlar Colosseum’un taş ve harçtan yapılmış duvarlarının içinde kanlı gladyatör savaşlarından gösterişli geçit törenlerine ve araba yarışlarına kadar çeşitli etkinlikler için arenaya akın eden 50.000’den fazla bir kalabalığın kükreyen sesi yankılanıyordu. Flavian Amfitiyatrosu olarak da bilinen mekanın MS 80’deki büyük açılışı, yaklaşık 9.000 hayvanın katledildiği 100 gün süren oyunlara ve vahşete sahne oldu. Dört kat yüksekliğinde ve en geniş noktasında 188 metre açıklığa sahip olan bu oval yapı, dünyanın en büyük amfitiyatrosu olmaya devam ediyor.
İnşası 40 yıl süren Pantheon, 43 metre çapında ve tepe noktasında gözbebeği benzeri dairesel bir pencereyle akıllara durgunluk veren bir kubbeye ev sahipliği yapıyor. Yunanca “hepsi” ve “tanrılar” kelimelerini birleştiren Pantheon adı, dini bir işleve işaret etmektedir ancak bazı tarihçiler anıtın esas olarak Roma imparatorlarını övmek için inşa edildiğini düşünmektedir. Zamanın tahribatına rağmen, bu ikonik yarım küre neredeyse 2000 yıldır bozulmadan ayakta kalmıştır.
İş devasa yapılara geldiğinde, Romalılar ne yaptıklarını açıkça biliyorlardı. İnşa edildikten yaklaşık 2000 yıl sonra bu iki muazzam ve teknik açıdan şaşırtıcı yapı; depremlere, sel baskınlarına ve savaşlara dayanmıştır.
Fakat antik Roma, bu kadar uzun zaman önce bu kadar anıtsal ve uzun ömürlü mimariyi nasıl başardı?
Mühendisler ve malzeme bilimcileri bugün hala Roma yapılarını incelemekte ve bu yapılardaki sırrın, dahiyane tasarımın inovatif bir beton reçetesiyle buluşmasından kaynaklandığını söylemektedir. Romalılar betonu icat etmese de, betonla inşa etme çıtasını kesinlikle yükseltmiştir.
Pantheon Tapınağı, Roma
Roma’nın antik yapılarını bir arada tutan betonun tasarımı benzersiz ve derinlemesine düşünülmüştür. Roma betonunda modern betondan farklı bir reçete kullanılmıştır ve bu eski malzemeyi inceleyen araştırmacılar, bileşenlerin malzemeye bozulmaya karşı olağanüstü bir direnç kazandırdığını söylemektedir.
Günümüzde beton, 1450oC civarında pişirilen kireçtaşı ve kilin bir kombinasyonu olan Portland çimentosu ve agrega adı verilen taş veya kum parçalarından oluşmaktadır. Beton karışımına su eklemek, çimentoda bu elementleri birbirine bağlayan kimyasal bir reaksiyon başlatır. Çoğunlukla modern betondaki agrega, mümkün olduğunca kimyasal olarak inert olacak şekilde dikkatle seçilir. Buradaki fikir, bu ilk reaksiyon sona erdiğinde herhangi bir istenmeyen kimyadan kaçınmaktır, çünkü herhangi bir ek reaksiyon genellikle betonu çatlatır ve zayıflatır.
Öte yandan Roma betonu, kireçtaşının fırınlanması ve öğütülmesinden ve en önemlisi Roma’yı çevreleyen bölgede bol miktarda bulunan çeşitli tiplerdeki volkanik kaya agregalarından yapılan sönmemiş kirecin daha basit bir formudur. Modern betonda kullanılan agregaların aksine, Romalılar tarafından kullanılan bu volkanik malzemeler (puzolanik) oldukça reaktiftir ve ortaya çıkan beton, ilk sertleştikten sonra yüzyıllar boyunca kimyasal olarak aktif kalmaktadır
Utah Üniversitesi’nde on yıllardır Roma betonu üzerinde çalışan jeolog Marie Jackson, “Günümüzde Portland çimentolarının kimyasal olarak değişmesi amaçlanmamıştır ve eğer değişirlerse genellikle kötü bir etkisi olacaktır. Romalılar betonlarının tepki vermesini istediler. Bu nedenle volkanik kökenli agregaları seçtiler.” demektedir.
Modern betonun aksine, bu süregelen reaktivite, Roma betonunun zamanla güçlenmesini sağlar. Bu uzun vadeli kimyasal reaksiyonlar, genellikle agrega parçaları ile bağlayıcı çimento arasında oluşan küçük çatlakları güçlendirmeye ve bunların daha fazla yayılmasını önlemeye hizmet edebilir. Reaktif volkanik minerallerin mümkün kıldığı bu yenileyici kapasite, Roma betonunun muazzam dayanıklılığını sağlayan şeydir.
Pantheon’un içini doğal ışıkla dolduran oculus (göz)
Araştırmacılar uzun yıllardır Roma betonuna kalıcı gücünü verenin volkanik minerallerin eklenmesi olduğundan şüphelenmiş olsalar da, Jackson ve diğerleri ancak 2014 yılında ilgili kimyayı ortaya çıkardı. Çalışmalarında, Roma’daki Trajan Pazarının (Trajan’s Market) yapımında kullanılan beton karışımını test ettiler ve volkanik agregaların ve bağlayıcının “ara yüzey bölgelerinde” strätlingite adı verilen bir mineralin levha benzeri kristallerinin gelişmesini gözlemlediler. Araştırmacılar, bu kristallerin tipik olarak Portland çimentosu ile yapılan betonların en zayıf halkası olan ara yüzey bölgeleri güçlendirmeye hizmet ettiğini ve Roma betonunu çatlamaya karşı daha dirençli hale getirdiğini belirtti.
Jackson ve arkadaşları tarafından 2021 sonbaharında yayınlanan yeni bir çalışma, kristalin strätlingite’ın eski betonun onu güçlü tutan devam eden reaktivitesinin tek yan ürünü olmadığını gösteriyor. Ekip, MÖ 30 civarında Appian Yolu olarak bilinen antik bir Roma yolunun yakınında inşa edilen Caecilia Metella adlı bir Roma soylu kadınının 21 metre yüksekliğindeki silindirik mezarından bir beton örneği üzerinde çalıştı. Bu betonun, lösit adı verilen potasyum açısından zengin bir mineral içeren volkanik kayalar kullanılarak yapıldığı ortaya çıktı.
Mezarın inşasını takip eden 2000 yıl boyunca, yağmur ve yeraltı suyu mezarın duvarlarına sızmış ve lösiti eriterek içeriğindeki potasyumu betona yaymıştır. Modern betonda, potasyum içeren sulu bir ortama maruz kalındığında genleşen jeller oluşmakta ve bu da çatlama ve bozulmaya neden olmaktadır.
Ancak Jackson ve meslektaşları, bunun yerine Roma betonundaki reaktif volkanik minerallerin farklı bir sonucu kolaylaştırdığını buldular. Trajan Pazarı betonundan önemli ölçüde daha az strätlingite içermesine rağmen Caecilia Metella’nın mezarında tespit edilen çözünmüş potasyum, malzemenin gücünü koruyan ve artıran sertleşmiş betonun omurgasını oluşturan kimyasal “tutkal”ı yeniden yapılandırmıştır.
Trajan Pazarı
Roma betonunun kimyasal çeşitliliği muhtemelen denedikleri her şeyin eşit derecede iyi çalıştığı anlamına gelmez, ancak Colosseum ve Pantheon’da malzemenin başarısına dair reddedilemez iki kanıt bulunmaktadır.
Colosseum’da beton gösterinin bir yıldızı olmamıştır, ancak arenanın hayatta kalmasında ayrılmaz bir rol oynamıştır. Colosseum’da en göze çarpan malzeme traverten kireçtaşıdır ancak beton, amfitiyatronun birçok ikonik kemerini ayakta tutan malzemedir. Yine de, betonun Colosseum’un uzun ömürlülüğüne olan katkısı biraz göz ardı edilmektedir.
Jackson, “Bunu bir turist olarak göremezsiniz, ancak Colosseum’un hala ayakta kalmasının nedeni inanılmaz derecede sağlam beton temelidir” demektedir. Bu beton temel; yoğun ve ağır volkanik agrega ile doludur ve tam 12 metre kalınlığındadır. Temelinde bu kadar güçlü ve uzun ömürlü bir malzeme olmasaydı Colosseum bölgedeki depremlerle tamamen moloz haline gelirdi.
New York’taki Rochester Üniversitesi’nde makine mühendisi olan Renato Perucchio’ya göre bir mimar bugün Pantheon’u inşa etmeye çalışırsa planları reddedilebilir çünkü modern beton yapılarda yaygın olarak kullanılan çelik çubuklar gibi donatı olmadan kubbenin inşası modern inşaat mühendisliği kurallarını ihlal edecektir.
Perucchio, “Kubbe çok yüksek çekme gerilmeleri yaratıyor, ancak 19 yüzyıldır ayakta duruyor. Bundan şu iki sonuçtan birini çıkarabilirsiniz: ya yerçekimi Roma döneminde farklı çalıştı ya da kaybettiğimiz bir bilgi var.” demektedir.
Betonlarının benzersiz kimyasının yanı sıra, Pantheon’un arkasındaki Romalı mimarlar, vizyonlarını gerçekleştirmek için sayısız yöntem kullanmıştır. İki dâhiyane yöntem, kubbenin duvarlarını olabildiğince hafif hale getirmeyi amaçlamıştır.
İnşaat sırasında, binanın yarı küresel tavanını oluşturan betonun, aşağıdan yukarıya doğru, ardışık eş merkezli halkalar oluşturan ahşap çerçevelere dökülmesi gerekiyordu. Ancak Perucchio’nun bahsettiği muazzam çekme gerilmelerini hafifletmek için, inşaatçılar kubbenin tepesine yaklaştıkça ve duvarları incelttikçe agrega olarak giderek daha hafif volkanik kayalar kullandılar.
Kubbenin en alçak ve en geniş kısmındaki beton, sağlamlık için büyük bloklar halinde ağır bazalt içerir ve yaklaşık 6 metre kalınlığındadır. Buna karşılık, tepedeki gözü (oculus) çevreleyen son katman, agrega olarak suda yüzecek kadar hafif ve kabaca 2 metre kalınlığında pomza taşı ile yapılmıştır.
İkinci yöntem kubbenin her yerinde görülebilir. Tavanın kavisli iç kısmı, kasa olarak bilinen içi boş dikdörtgenlerle kaplıdır. Bu geometrik kasalar büyüleyicidir ancak sadece estetik için orada değiller. Bunlar kubbeyi inşa etmek için gereken beton miktarını azaltmakta ve daha hafif hale getirmektedir. Bu da malzemeler üzerindeki yükü azaltmaktadır.
Colosseum
Masic ve Jackson, günümüz betonunu daha çevre dostu hale getirmek için Roma betonu üzerinde çalışıyorlar. Masic; Roma betonunun en büyük avantajının kireç bazlı bağlayıcısının yalnızca yaklaşık 900oC’de ısıtılması gerektiğini, Portland çimentosunun ise 1450oC’de pişirilmesi gerektiğini söylemektedir.
Bu tek başına Roma betonunun, beton üretiminin karbon ayak izinde büyük azaltımlar sunma potansiyeline sahip olduğu anlamına gelir. Ancak, malzemenin uzun ömürlü olması altyapıyı daha seyrek değiştirmemize de olanak sağlamaktadır.
Masic, “100 yıl yerine 500 yıl sürecek bir altyapı oluşturmaya başladığımızı ve yaptığımız her projeye Roma betonunun kendi kendini iyileştirme özelliğini eklediğimizi hayal edin. Sonuç olarak daha az beton satabiliriz, ancak mevcut altyapıdaki sorun tam olarak bu. Daha uzun süre dayanan şeyler yapmak, sürdürülebilirliği iyileştirmenin belki de en basit yolu.” demektedir.
Jackson ve arkadaşları, beton üretimi ve uygulamasına yönelik emisyonları potansiyel olarak %85 oranında azaltma ve ömrünü dört katına çıkarma hedefleri ile Roma benzeri bir beton geliştirmek için ABD Enerji Bakanlığı ile bir proje üzerinde çalışıyorlar.
Roma betonu reçetesinin daha geniş çapta benimsenmesinin önündeki en büyük engeller arasında, uzun kürlenme süresi (standart betonun 28 gününe kıyasla tam güce ulaşması altı aya kadar sürebilir) ve daha düşük dayanımdır.
Ancak Masic, Roma betonunun kürleme sürecinde yer alan kimyayı hızlandırmanın yolları olduğunu belirtmiştir. Roma betonuna karbon dioksit enjekte etmeyi içeren ve karışımın birkaç gün içinde sertleşmesini sağlayabilecek bir teknik üzerinde çalışılmaktadır.
İnş.Yük.Müh. olan Yasin Engin, lisans ve yüksek lisans eğitimini Boğaziçi Üniversitesi'nde tamamlamıştır. 16 yıldır beton ve çimento sektöründe çalışmaktadır. Web sitesindeki tüm yayınlar Yasin Engin tarafından paylaşım amacıyla hazırlanmıştır. Yayınlar kaynak gösterilerek kullanılabilmektedir.
(yasin.engin@gmail.com)
