Abstract
Ultrasonic method is widely used for the evaluation of weathering index and of degree of deterioration because it is easily applicable $in$ $situ$. The basic idea of the method is that the ultrasonic velocity decreases as a rock is being weathered. Thus, the difference of ultrasonic velocities between fresh rock and weathered rock indicates the degree of weathering. In this method, the ultrasonic velocity of fresh rock is assumed to be 5,000 m/s. However, this assumption can cause significant errors in estimating weathering index, especially in case that those rocks of the same type have a wide range of ultrasonic velocities such as in Korea. Therefore, we obtained twenty rock specimens and sixty core samples commonly used for stone cultural heritages in Korea, and measured ultrasonic velocities. From the results, we found that the ultrasonic velocities of the same rock type, granite samples range from 3,118 to 5,380 m/s, and that the estimated weathering index can be highly biased if we use the fixed value of 5,000 m/s. We created a database (DB) by combining the measurement data and reported it. We also measured ultrasonic velocities by direct and indirect methods to quantify the calibration coefficient for each sampling site. We found that the calibration coefficients vary widely from site to site (1.31-1.76). Other factors, such as operator bias and temperature did not show any significant effect on errors in ultrasonic velocity measurements. Lastly, we applied our ultrasonic velocity DB and calibration coefficients to a stone cultural heritage, Bonghwang-ri Buddha statue. Our estimation of the weathering index was 0.3, 0.1 smaller than that by conventional method. The degree of deterioration was also different, "moderately weathered", while conventional method gave "highly weathered". Since other independent studies reported that the degree of deterioration of the Buddha statue was "moderately weathered", our estimation seems to be more accurate. Thus our method can help accurately evaluate the weathering index and the conservation planning for a stone cultural heritage.
석조문화재의 풍화훼손도를 평가하기 위해 초음파속도를 이용하는 방법은 현장적용 및 풍화도 평가가 용이하여 널리 사용되고 있다. 이 방법은 풍화가 진행되면 초음파 속도가 감소하는 특성을 이용해 신선암과 풍화암의 초음파속도 차이를 이용하여 풍화등급을 산정한다. 그러나 풍화등급 산정에서 신선암의 초음파속도를 암석의 산출지역과 관계없이 고정값(5,000 m/s)으로 사용하기 때문에 우리나라와 같이 동일한 암종에서도 다양한 속도가 나타나는 경우 많은 문제가 발생되고 있다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 석조문화재를 구성하는 대표 암종에 대하여 20종의 시편과 60개의 코어시료를 획득해 신선암의 초음파속도를 측정하여 데이터베이스(DB)를 구축하고 이를 보고하였다. 이 결과, 동일한 암종인 화강암 내에서도 초음파속도가 3,118에서 5,380 m/s까지 다양하게 나타나며 이를 무시하고 고정값을 사용할 경우 풍화등급 산정에 많은 오차를 발생시킬 수 있음을 확인하였다. 다음으로 측정 오차에 대한 보정을 위해, 현장측정에서 사용하는 두 가지 방법(직접법과 간접법)에 의해 속도를 측정하고 지역별 암종에 따른 보정계수를 산출하였는데 그 범위는 1.31에서 1.76까지 다양하게 나타났다. 그 외 측정온도, 장비운영자에 따른 초음파속도의 차이를 확인한 결과 그 차이가 오차범위 내에 있어 풍화도 평가에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 나타났다. 마지막으로 본 연구에서 얻어진 초음파속도 DB와 측정보정계수를 실제 석조문화재인 봉황리 마애불상군에 적용한 결과, 풍화지수는 0.3으로 기존의 방법보다 0.1 정도 낮게 평가되었으며 풍화등급 또한 기존의 방법이 "상당히 풍화"로 판별하는 것에 비해 "중간정도의 풍화"로 차이가 나타났다. 동일한 문화재를 대상으로 한 다른 연구결과에서 중간정도의 풍화등급을 제시하고 있어 본 연구의 결과가 보다 정확한 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서 제시한 방법은 보다 정확한 풍화지수의 산정과 그에 따른 보존대책을 수립하는데 기여할 것으로 기대된다.
