Tarımın Geleceği:Jeodezik Kubbeler-3

Küresel Geometri

Jeodezik kubbeler, Amerikalı mimar ve mucit Buckminster Fuller tarafından tasarımı yapılan, yarım küre şeklindeki geometrik yapılardır. Bu yapıları özel kılan ise kavisli bir küre yüzeyinin kolay üretilebilen düzgün geometrik parçalarla inşa edilebilmesidir. Aşağıdaki resim, bir jeodezik kubbenin genel yapısının görünümüdür.

Resim-1. Bir jeodezik kubbenin genel görünümü.

Bu kubbelerin en önemli özelliklerinden birisi, üzerine binen yük gerilimini tüm yüzeyi boyunca (bağlantı noktaları aracılığıyla) dağıtmasıdır. Bu sayede kubbeler, içerisinde harici bir destekleyici yapı elemanı kullanmadan malzeme biliminin el verdiği ölçüde büyütülebilir. Yapının küresel geometrisi, belirli bir arazi alanı üzerine en az yapı malzemesi kullanılarak inşa edilebilir olması sağlar.

Bir jeodezik kubbe pek çok materyalden pratik ve hızlı bir şekilde üretilip inşa edilebilir. Yapının ana iskeleti, belirli uzunluklarda kesilmiş düzgün çubuk veya boruların birbirine eklemlenmesiyle meydana getirilir.

Yapının yüzeyi farklı malzemeler kullanılarak sonradan kaplanabileceği gibi, üçgen blokların uygun ebatlarda kesilip birleştirilmesiyle doğrudan da kubbe yapısına ulaşılabilir.

Resim-2. Expo 86 için inşa edilen ve Buckminster Fuller’ın Jeodezik kubbesinden ilham alan Vancouver’daki Science World binası.

Böyle bir yapının belki de en güzel yanı, herhangi bir profesyonel inşaat ya da montaj bilgisi gerektirmeden herkes tarafından istenilen yerde inşa edilebilmesidir.

Örneğin; bir evin bahçesinde, üniversite kampüsünde ya da bir açık hava etkinliğinde kurulum yalnızca birkaç kişiyle ve basit ekipmanlar kullanarak yapılabilir. Yapının modüler oluşu, montajından daha pratik biçimde demonte edilebilmesini ve istenilen yerde tekrar kullanılabilmesini sağlar.

Jeodezik kubbeler pek çok amaca yönelik olarak kullanılabilir. Ancak bu yazıda, sahip olduğu geometrik tasarım ve düşük maliyetinin getirdiği avantajlardan hareketle bu yapıların topraksız tarım uygulamalarında sera olarak kullanımını ele alacağız.

Bir jeodezik kubbe, kapladığı hacmi en az yüzey alanıyla örten bir yapıdır. Bu özelliği, gün boyunca içeride hapsettiği ısıyı, farklı geometrik şekle sahip diğer seralara göre daha uzun süre muhafaza edebilmesini sağlar.

Isı dengesi, sera yetiştiriciliği için en önemli unsurlardan biridir. Kubbenin yüzey örtüsünün yaygın kullanılan sera naylonu gibi ışık geçirgenliği olan bir malzemeyle kaplanması durumunda, özellikle soğuk iklim koşullarında ciddi enerji tasarrufu sağlanır.

Küresel geometrinin sunduğu bir diğer avantaj; kubbenin dairesel taban yarıçapı arttıkça, metrekare başına yapıyı inşa etme maliyetinin düşmesidir. Aşağıda, frekans sayısı 3 olan bir jeodezik kubbede kullanılan dikmelerin bağlantı şeması yer almaktadır.

Resim-3. Jeodezik kubbe tasarım.

Bir örnekle daha iyi açıklayalım. Diyelim ki, toplam da 20 metrekarelik dairesel alana sahip bir jeodezik kubbe inşa etmek istiyoruz. Yani kubbeyi tamamladığımızda içerideki alanımız toplam 20 metrekare olacak. Bu durumda;

• 50 adet 1,04 metre (mavi),
• 40 adet 1,00 metre (sarı),
• 30 adet 0,88 metre (kırmızı)

dikmeye ihtiyacımız vardır. Bu dikmeler, görseldeki gibi birbiriyle birleştirildiğinde ortaya çıkan yapı 5 metre yüksekliğinde bir jeodezik kubbedir.

Dolayısıyla, 20 metrekare taban alanına sahip bir jeodezik kubbe yapımı için toplam uzunluğu 119 metre olan 120 adet dikme kullandık. Şimdi, toplam alanımızı iki katına, yani 40 metrekareye çıkaralım. Bu durumda;

• 50 adet 1,47 metre (mavi),
• 40 adet 1,44 metre (sarı),
• 30 adet 1,24 metre (kırmızı)

dikme gerekecektir. Bu da, toplam uzunluğu 168,5 metre olan 120 adet dikmeye karşılık gelir. Görüldüğü gibi, toplam alanı yüzde 100 artırmamıza rağmen kullandığımız dikme miktarı sadece yüzde 41 arttı.

Biraz daha abartalım ve 80 metrekarede üretim yapmak istediğimizi varsayalım. Gereken;

• 50 adet 2,08 metre (mavi),
• 40 adet 2,03 metre (sarı),
• 30 adet 1,76 metre (kırmızı)

dikme olacaktır. Yine aynı şekilde, 40 metrekarelik bir sera için kullandığımız dikme sayısının yüzde 41’ini daha kullanarak üretim alanımızı ikiye katladık.

Resim-4. Kubbe büyüdükçe, metrekare başına kullanılan dikme miktarı azalır.

Resim-5. İki adet 50 metrekarelik kubbeden ziyade 100 metrekarelik tek bir kubbe yapmak, çok daha az maliyetlidir.

Frekans sayısı dediğimiz kavramdan da biraz bahsedelim. Bir jeodezik kubbenin frekansı, yüzeyinin yoğunluk değeri gibi düşünülebilir. Frekans sayısı yükseldikçe kullanılan dikme sayısı artar.

Yani, kubbe yüzeyinde daha çok üçgen şekli yer alır. Aşağıda da görülebileceği üzere her frekans artışı, kubbe yüzeyindeki ana üçgenin bir kenarının kaç eşit parçaya ayrılacağını gösterir.

Resim-6. Üçgenler.

Yukarıdaki örneklerimizi verirken 3 frekanslı bir kubbe kullanmıştık. Bu kubbenin frekans sayısının 3 olması, üçgen yüzeyinde yer alan en büyük üçgen desenin (ya da ana üçgenin) her bir kenarında 3 dikme kullanıldığı anlamına gelir.

Resim-7. Jeodezik kubbe frekans sayısı.

Frekans sayısı jeodezik kubbeler için iki açıdan önemlidir. İlk olarak, frekans arttıkça yapı geometrisi daha çok küreyi andırır. İkinci olarak, frekans arttıkça yapının mukavemeti artar. Sera amacıyla kullanılacak bir kubbe için frekans değeri 2 veya 3 olarak seçilebilir.

Ancak, ev veya ticari amaçlarla kullanılacak daha büyük kubbelerin rüzgar, kar birikintisi gibi yüklere karşı dayanımı için 5 ya da 6 frekanslı olmaları gerekebilir.

Resim-8. Bir jeodezik kubbe, yaygın bulunabilen malzemelerle kolayca inşa edilebilir.

Kullanılan dikme sayısı da sabit olup seçilen frekans değerine göre belirlenir. 3 frekanslı 3/8 bir kubbe için toplamda 120 dikme kullandık. 3 frekanslı 5/8 olan farklı bir varyasyonu içinse 160 adet dikme gerekir. 4 frekanslı bir kubbe inşa edilecekse toplamda 250 dikmeye ihtiyaç vardır.

3 frekanslı 3/8 (örneğimizde kullandığımız) bir kubbe yapılacaksa, yapının taban alanı ve yüksekliği gibi kriterlerden bağımsız olarak 120 dikme kullanılmalıdır. Kullanılan dikmelerin uzunluğu, kubbenin hacmi ve yüksekliğinde belirleyici olur.

Bu yapıları, halihazırda hidroponik tarım uygulamaları için kullanımda olan seraların yerine uygulamak son derece yeni ve makul bir yaklaşım olabilir.

Jeodezik kubbelerin; yaygın olarak örtü altı yetiştiricilik faaliyeti yapılan seralara kıyasla düşük kurulum maliyetleri, sağladığı enerji tasarrufu ve daha az bakım gerektiren uzun süreli dayanımı, yakın gelecekte büyük ölçekli sürdürülebilir tarım uygulamaları için iyi bir alternatif olmalarını sağlayabilir.

Yazı Dizisinin Diğer Bölümleri

• Tarımın Geleceği: Yarını Tasarlamak-1
• Tarımın Geleceği: Topraksız Tarım-2
• Tarımın Geleceği: Mars Seraları-4