L’Orangerie; Fransa Lyon’da prefabrike sıkıştırılmış toprak bloklar ile inşa edilmiş bir yapı - Doğal Yapı Malzemeleri ve Yöntemleri Derneği

Lyon (Fransa) ve çevresi, 19. Yüzyılda sıkıştırılmış toprak yapım tekniğinin yenilenmesine en çok katkı sağlayan bölgelerden biri olarak bilinmektedir. Bu tanınmışlığın sebepleri, %80’i 1947 yılından önce olmak üzere, tamamen veya kısmen sıkıştırılmış toprak yapım tekniği kullanılarak inşa edilmiş olan ve halen ayakta duran yüzlerce yapı ve François Cointeraux’nun (1740-1830) sıkıştırılmış toprak ile tasarım ve yapım teknikleri üzerine yayınlanan birçok kitabı[1] olarak sayılabilir[2]. Bu örnekler, sıkıştırılmış toprağın geçmişte ve günümüzde, şehirde yerel malzemeler ile inşa etmek için uygun bir yapım tekniği olduğunu ve toprağın yapı malzemesi olarak kullanımının gelecek için bir yol oluşturduğunu göstermektedir[3].

L’Orangerie, Diener & Diener (DK) Architects ve Clement Vergely Architects (FR) tarafından, Ogic Lyon Rhône-Alpes için 1000m² alana sahip bir ofis binası olarak tasarlanmıştır. Bu kemerli yapı, Herzog & de Meuron tarafından Lyon’un yeni kentsel gelişim alanı olarak tasarlanan ve küçük ölçekli yapılar için deneysel bir alan oluşturan bölgesine dahil edilmiştir. Peyzaj mimarı Michel Desvigne’in tasarlamış olduğu bir bahçe içerisinde, toprak yapı ustası Nicolas Meunier (Le Pisé) tarafından inşa edilen bu sıkıştırılmış toprak ve ahşap yapı, kullanıcılara ve yoldan geçenlere Lyon’un sıkıştırılmış toprak yapı tarihini hatırlatmaktadır.

286 adet prefabrike ve stabilize edilmemiş sıkıştırılmış toprak bloklarının, taşıyıcı dış duvar oluşturacak şekilde kemer yapımında kullanıldığı ve ahşabın kiriş ve zemin gibi yatay yapı elemanları olarak kullanıldığı ofis binası, sıkıştırılmış toprak yapı geleneğini hatırlatan örnek bir yapı olarak ilgi görmektedir.

Tasarım

Yapı, 14m x 32m boyutlarında, zemin kat üzerindeki 2 kata ve erişilebilir bir terasa hizmet eden ve merkezde yer alan bir servis çekirdeği bulunduran dikdörtgen bir plana sahiptir. Cephe tasarımını ve malzeme dokusunu vurgulamak amacıyla, plan çözümü basit tutulmuştur. Servis çekirdiğinin her iki yanında, kare formundaki geniş açık ofis alanları, ahşap kolonlar ile desteklenmişlerdir.

_{Şekil 1: L’Orangerie Binası’nın ikinci kat planı ve iç mekan görünüşü. (http://www.vergelyarchitectes.com/ilot-b2-lyon-confluence/)}

Yapının silüetini, 14 adet sıkıştırılmış toprak ile yapılmış zincir kemerleri taşıyan sütun kaideleri ve kırmızı toprak duvarlar, gri taştan sütun kaideler ve duvarlardaki ahşap malzeme arasındaki kontrastı güçlendiren taş parapet harpuştası oluşturmaktadır.

_{Şekil 2: L’Orangerie Binası’nın dışarıdan görünüşü – güney cephede yer alan güneş kırıcıların yerleşimi (https://www.ogic-entreprise.fr/realisation/lorangerie-lyon/)}

Cepheler

11 metre yüksekliğindeki binanın dört cephesinde de, 3 kat boyunca 14 adet geniş zincir kemer (uzun cephelerde 5’er adet ve kısa cephelerde 2’şer adet) aracılığıyla açıklık oluşturulmuştur. 4.75 metre genişliğindeki bu kemerler cephe yüzeylerinin %40’ını oluşturmakta olup, bina içerisine bol miktarda ışığın girmesini sağlarken kemerlerin tabanında binayı destekleyen az miktarda malzeme bırakmaktadır.

_{Şekil 3: Karakteristik kemerde kullanılan malzemelerin kesitte ve görünüşte detaylı gösterimi (https://www.exemagazine.fr/pise-compose-par-clement-vergely-architectes-a5427)}

Kemerlerin ve köşelerin tasarımı, blokların üretimi ve binanın inşaatı sırasında oluşabilecek zararları önlemek için özellikle detaylandırılmıştır. Tüm köşeler farklı açılarda ve genişlikte olacak şekilde pahlanmıştır veya yuvarlatılmıştır. Keskin ve kırılgan açıların kullanımının önüne geçilmesi, binanın rüzgardan, yağmurdan ve akan sudan kaynaklı tahribata maruz kalmasını en aza indirgeyerek yapı ömrünü uzatmaktadır.

Buna ek olarak, bloklar yalnızca ince bir toprak harcı katmanının üzerine yerleştirilmiştir ve bloklar arasında Martin Rauch[4] tarafından benzer yapılarda kullanılmış olan ve hava koşullarına karşı koruma sağlayan taş, kireç veya volkanik sünger taşı kullanılmamıştır. Ancak inşaattan sonra, cephe görünüşünü değiştiren yüzey elemanlarını ortadan kaldırmak için cephe yüzeyleri yıkanmıştır ve fırçalanmıştır. Kemerlerin yekpare görünümü, tek bir malzeme kullanımı ile sağlanmıştır.

_{Şekil 4: Şevli ve pahlı bina köşelerini (a) ve kemerlerini (b) gösteren detay görüntüleri ( a- https://batiserf.com/projets/lorangerie-lyon-confluence-france/m and b- https://batiserf.com/reference/immeuble-de-bureaux-lorangerie/)}

_{Şekil 5: Hava koşullarına karşı koruma stratejilerini gösteren, yapı ustası Martin Rauch’a ait iki farklı bina a- Ricola Herb (Herzog & de Meuron – 2014) binasında Toprak katmanları arasında kullanılan volkanik sünger taşı katmanları ve b- Rauch Evi’nde (Roger Boltshauser- 2008) çatı kiremitlerinin çıkıntılı bir biçimde toprak katmanları arasına yerleştirilmesi (https://www.architectural-review.com/buildings/earth/retrospective-martin-rauch)}

Taşıyıcı sistem

Binanın taşıyıcı sistemi, zaten yığma yapı malzemesi olarak kabul görmesi için özel çalışmalar/araştırmalar gerektiren, standartlaşmamış bir malzemeye bağlı olması sebebiyle basit tutulmuştur. Taşıyıcı sistemi, bina kabuğunda yığma sıkıştırılmış duvarlar ile içeride ahşap zeminleri destekleyen, yatay yük taşıyıcı eleman ve destek sistemi olarak çalışan ahşap çekirdekten oluşmaktadır.

Dış sıkıştırılmış toprak duvarlar binanın tamamını çevrelemektedir ve birçok bloğun toprak harç ile birbirine bağlanmasıyla oluşturulmuşlardır. Bu duvarlar, geniş kemerler aracılığı ile açıklıklar oluştururken yapı yükü kemerler arasındaki sütunlarda yoğunlaşmaktadır. Sıkıştırılmış toprak malzemenin yük taşıma kapasitesine göre özellikle ölçülendirilen bu sütunlar, tabanda yalnızca 1.4 m x 0.8 m kesit ölçülerine sahiptirler. Duvarların ağırlığını azaltmak için, sıkıştırılmış toprak duvarlar her katta içeriden 15 cm azaltılmıştır. Böylece duvar kalınlığı, zemin katta 80 cm’den en üst katta 50 cm’ye geçiş sağlamaktadır. Sıkıştırılmış toprak duvarlar, yükü betonarme döşemeye dağıtan taş sütun kaideleri üzerine yerleştirilmişlerdir. Tüm yapı betonarme temel kazıkları üzerinde yer almaktadır.

Ahşap bina çekirdeği servis alanını ve düşey sirkülasyonu oluşturmaktadır. Çekirdek duvarları 5 katmanlı CLT panellerden yapılmıştır ve bina ve döşeme kirişleri için çapraz bağlama oluşturmaktadır.

Ahşap döşemeler, duvardan duvara 12 metre açıklığı geçmektedir. Bu açıklık, sıkıştırılmış toprak duvarlara çelik bağlantı elemanlarıyla bağlanan geniş yapıştırma tabakalı ahşap kirişler ile sağlanmaktadır. Açıklığı azaltmak amacıyla binanın merkezine ek kolon yerleştirilmiştir. Ahşap döşeme, kirişin yüksekliğini azaltmak ve mekanik ve elektrik sistemlerin tavandan geçirilmesini sağlamak amacıyla aynı kotta kiriş ve döşeme kirişlerinden yapılmıştır. Katlar arasında ses izolasyonunu ve yangından korunmayı arttırmak ve aynı zamanda binada yatay bağlama oluşturmak amacıyla ses yalıtım paneli üzerine çimento şap uygulanmıştır.

_{Şekil 6: Prefabrike sıkıştırılmış toprak bloklar ile ahşap kirişlerin birleşim detayları (Fotoğraflar Charpentes Nugues facebook sayfasından alınmıştır.)}

_{Şekil 7: Cephe ve döşeme birleşim detayı (https://www.exemagazine.fr/pise-compose-par-clement-vergely-architectes-a5427)}

_{Şekil 8: Cephe ve çatı döşemesi birleşim detayı (https://www.exemagazine.fr/pise-compose-par-clement-vergely-architectes-a5427)}

Malzemeler

Betonarme temelin üzerinde, “WWF sürdürülebilir şehir girişimi”nin ekolojik prensiplerine uyması için az miktarda malzeme kullanılmıştır. Mümkün olduğunca yerel malzemeler kullanılmıştır ve araziden çıkan toprak inşaat için uygun olmasa bile inşaatta kullanılan toprak yalnızca 30 km uzaklıktan getirilmiştir. Sütun kaideleri ve harpuştalar için kullanılan taş 80 km uzaklıktaki bir taş ocağından gelmiştir. 280 tonluk toprak başka bir araziden çıkartılmıştır ve önceden hazırlanan ahşap elemanlar, Doğu Fransa ve Avusturya kaynaklıdır.

Yapıda toprak malzeme kullanılması ek bir zorluk oluşturmuştur ve yapı inşaatının başarılı bir şekilde tamamlanabilmesi, uzun ve titiz bir test süreci ve blokların dikkatli bir şekilde üretilmesi ile mümkün olmuştur. Toprak yapı ustası Nicolas Meunier (Le Pisé) ile inşaat mühendislerinin (Batiserf) iş birliği ve ön hazırlık testleri ve toprak seçimi için Fransa’da ve İngiltere’de bulunan üniversitelerden araştırmacıların (Antonin Fabbri – ENTPE ve Jean-Claude Morel –Coventry Üniversitesi) katılımı ile yapının inşaatı başarıya ulaşmıştır. Farklı yerlerden çeşitli toprak numuneleri test edilmiştir ve özellikleri (yoğunluk, nem soğurumu, çekme payı, basınç dayanımı ve renk) ile potansiyelleri (toprak miktarı) belirlenmiştir.

Toprak bloklar, çekme payının azaltılması ve dayanıklılığın arttırılması için gerekli olan uzun ve kontrollü kuruma sürecini mümkün kılmak ve blokların nakliyatını önlemek amacıyla inşaat alanında üretilmiştir. İnşaat alanı aynı zamanda yapı elemanlarının depolanması ve toprak blokların montajından önce 2 yıl boyunca test modellerinin üretimi için yeterli büyüklükte bir alan sağlamıştır. Bloklar, Nicolas Meunier tarafından geliştirilmiş bir yarı mobil üretim ünitesinin (https://youtu.be/oy8AT8X7sKI) kullanılmasıyla üretilmiştir. Böylece, toprak yapı inşaatına bağlı yoğun iş gücü azaltılmıştır. Bu üretim metodu özellikle tüm blokların aynı yoğunlukta ve kesin ölçülerde kontrollü bir biçimde üretilmesine olanak tanımıştır. Metalik bir kalıp içerisinde 15 cm kalınlığındaki toprak tabakaları, her biri 20 kg’lık 4 adet ağırlık aracılığı ile sıkıştırılmıştır. Tüm bloklar 110 cm yüksekliğindeyken uzunlukları 100 cm ile 220 cm ve enleri 80 cm ile 50 cm arasında değişmektedir. Her gün, 4 ton’a kadar 3 veya 4 blok üretilmiştir ve blokların kuruması için kalıplar anında sökülmüştür. Herhangi bir stabilizasyon olmadan veya katkı malzemesi kullanılmadan blokların yoğunlukları yaklaşık 1900 kg/m² ve kuvvetleri en fazla 1.76 Mpa olarak ölçülmüştür. Blokların üretimi, en uygun iklimsel zaman aralığı olması sebebiyle Nisan ayından Ekim ayına kadar sürmüştür.

_{Şekil 9: 9 farklı bloğun bir araya gelişini gösteren güney cephe görünüşü (https://www.exemagazine.fr/pise-compose-par-clement-vergely-architectes-a5427)}

_{Şekil 10: İnşaat alanına yakın bir yerde yerleştirilmeyi bekleyen sıkıştırılmış toprak bloklar (http://www.jvba.ch/realisations/lyon_confluence/lyon_confluence.html)}

_{Şekil 11: Gösteri kemeri – Fotoğraf: Antoine Cusin Creative Commons (https://numelyo.bm-lyon.fr/f_eserv/BML:BML_01ICO0010161322165bd0b6/preview_Source0.jpg)}

İnşaat

Temel inşaatı ve zemin kat döşemesinin yapımından sonra, sıkıştırılmış toprak duvarların desteklenmesi amacıyla taş sütun kaidelerinin inşaası yapılmıştır. Detaylandırma sürecinde, duvarlar taşınabilir ölçülerde 286 adet bloğa bölünmüştür (https://youtu.be/GG8eIsrUIoE). Bloklar kuruduktan sonra, monte edilmeye hazır bir şekilde şantiye alanının yakınında depolanmışlardır.

Yapının inşaatı, önce merkezde yer alan kemerler, sonra kenarlarda bulunan kemerler olacak şekilde kat kat yapılmıştır. Duvarlar için destek oluşturması amacıyla ahşap yapım işleri eş zamanlı olarak yapılmıştır. Duvarların inşaası için, bloklar yerlerine taşınmıştır ve lazerli aletleri kullanarak milimetrik hassasiyetle yerlerine monte edilmişlerdir. Böylelikle, her sıranın yüksekliği aynı olmuştur. Kemerlerin zincir formu sayesinde, kilit taşını yerleştirmeden önce blokları yerlerinde muhafaza etmek için kalıp kullanmaya gerek kalmamıştır. Kilit taşı görevi gören blokların doğru bir biçimde yerleştirilmesi, yapının sağlamlığı açısından en büyük önemi taşımıştır.

Yığma duvarların ve döşemelerin inşaasından sonra, binanın ısıl ve hava koşullarına karşı korumasını tamamlayan ahşap cephe panelleri kemerlerin içerisinde olacak şekilde inşa edilmiştir.

_{Şekil 12: Sıkıştırılmış toprak bloklar ile kemer yapımı ve kilit taşının yerine yerleştirilmesi (c) (http://www.construction-pise.fr/Lyon-la-confluence-Rhone-393)}

_{Şekil 13: Ahşap zemin uygulaması (https://fr-fr.facebook.com/people/Charpentes-NUGUES/100063480194672/?sk=photos)}

Isıl konfor

Sıkıştırılmış toprak malzeme, yapı yönetmeliklerince kabul edilen ısı iletim değerinden (λ = 0,9 W/m².K) daha yüksek bir değere sahip olması sebebiyle, ısı yalıtımsız sıkıştırılmış toprak malzemenin duvar olarak kullanımının kabul görmesi de, mimarı ve çevre mühendisini zorlayan başka bir konu olmuştur. Yine de, pencereler ve yalıtımlı ahşap cephe de dahil olmak üzere, bina kabuğunun 2.1 m².K/W değerindeki ısıl direnci, homojen bir biçimde dağıtılmış 8 cm kalınlığında bir ısı yalıtımına benzerlik göstermektedir ve Fransız yönetmeliklerce yeterli bir değere sahiptir.

Çevre danışmanları Etamine[5] ‘nin yapmış olduğu çalışmalar ve yapının ofis olarak kullanımı sonucu kışın düşük enerji ihtiyacının olması sayesinde, yapılan simülasyonlar, kışın açığa çıkan ek ısınma enerjisi ihtiyacının, toplam enerji ihtiyacının yalnızca %2’sine karşılık geldiğini göstermiştir. Ayrıca, ısı yalıtımsız sıkıştırılmış toprak duvarların kullanımı yazın oluşan ısı dalgalarında dahi iklimlendirme kullanımını engellemiştir.

Binada ısıl konforun muhafaza edilmesi için kullanılan çözümler, kışın zemin altı bir ısıtma sisteminin uygulanması ve yazın doğal havalandırma ve fanların kombinasyonu ile akşamları mecburi soğutma yapılması ve güneş ışınlarının binaya girişini kontrol etmek amacıyla güney cephede güneş kırıcıların kullanılması olmuştur. Bu şekilde, duvarların ısıl ataleti ve higroskopik özellikleri serin bir ortamın sağlanması için yeterli olmuştur.

Sonuç

Bu binanın inşaatı, farklı disiplinlerin iş birliği içerisinde olmasını gerektirmiştir. Özellikle, toprak yapı danışmanlarının ve inşaat mühendislerinin iş birliği, çimento ve katkı malzemeleri olmadan, sıkıştırılmış toprak malzemenin yeteri kadar dayanıklı ve dirençli olduğu konusunda yetkilileri ve sigorta şirketlerini ikna etmekte gerekli olmuştur. Yapı inşaat onayı için, malzemenin üzerinde eksiksiz bir çalışma (mekanik ve higrotermal özellikler) yapılmıştır ve yapım tekniği deneysel olarak ele alındığı için hesaplamalarda yüksek güvenlik faktörleri dikkate alınmıştır. Bunun yanı sıra, herhangi bir yapısal problem bulunmaksızın inşaatın tamamlanmasına rağmen, benzer bir yapım tekniği ile inşa edilecek başka bir yapı için de yeniden benzer malzeme testlerinin/araştırmalarının yapılması gerekecektir.

Lyon’un yeni kentsel gelişim alanında yer alan bu bina, yoğun kentsel alanda, çevresel ayak izinin düşürülmesi ve kullanıcı konforunun arttırılması için sıkıştırılmış veya press toprak blokların kullanıldığı tek çok katlı yapı değildir. İnşaatı devam eden veya tamamlanmış büyük ölçekli başka çok katlı konut yapıları, Rennes[6], Bagneux[7], Rennes, Biganos[8] ve Basel[9] şehirlerinde yer almaktadır. L’Orangerie binasının mimarlarının, toprağın yapı malzemesi olarak kabul görmesi adına deneyimlediği zorlukların aşılabilmek için, binanın çekirdeğinde betonarme veya ahşap gibi malzemeler kullanılırken, yapı kabuğunda toprak malzeme kullanılmıştır. Böylelikle, toprağın yapı malzemesi olarak sergilenmesine ve toprağın higro-termal özellikleri sayesinde enerji tüketiminin azaltılarak kullanıcı konforunun arttırılmasına olanak sağlanmıştır.

_{Şekil 14: Dirty Harry (2021) – Betonarme iskelet + Sıkıştırılmış toprak bloklar (Atelier Neume arch. – Fotoğraf: Daisuke Hirayabashi)}

_{Şekil 15: Cité Nollez (yapım aşamasında) –Yerinde yapılan ve kendini taşıyan sıkıştırılmış toprak cephe + CLT iskelet (Dechelette Architecture arch.)}

Yazar: Matthieu Pedergnana

Çevirmen: Ece Aslan Pedergnana

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Fran%C3%A7ois_Cointeraux

[2] https://www.tera-terre.org/

[3] https://www.insight-architecture.com/future-now-exhibition

[4] https://www.architectural-review.com/buildings/earth/retrospective-martin-rauch

[5] https://www.etamine.coop/enveloppe-en-pise-pour-un-batiment-econome-en-energie/

[6] http://jean-yves-barrier.fr/fr/jyb-architecture/residence-salvatierra

[7] https://www.architectureterrebois.fr/terre-et-architecture-urbaine-bientot-des-logements-en-terre-crue-a-bagneux/

[8] http://www.dumont-legrand.fr/projet-LOGEMENTS_EN_TERRE_CRUE_A_BIGANOS_(33)-Construction_de_96_logements_en_terre-chanvre_a_Biganos_(33)-158.html

[9] https://www.atelierneume.ch/dirtyharry