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문제 정의
- 먼저 국내 석조문화재를 구성하고 있는 암석의 대표적 산지에서 신선한 샘플을 획득하고 이를 이용하여 초음파속도를 측정한 후 신선암의 속도 DB를 구축하였다. 다음으로 현장에서 풍화암의 초음파속도 측정 시 발생할 수 있는 오차에 대한 보정방법을 제시하여 측정된 속도의 신뢰도를 향상하고자 하였다.
- 삼축시험기는 시편을 누르는 압력을 일정하게 유지 시킬 수 있고, 초음파 파형을 컴퓨터로 획득하여 주파수 분석 등의 자료처리를 통해 보다 정확한 초음파속도를 산정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 PUNDIT을 이용해 얻은 시료의 초음파속도와 삼축시험기를 통해 얻은 초음파속도를 비교, 분석 하여 현장에서 측정한 초음파속도의 신뢰도를 분석하고자 하였다. 초음파속도 측정에 사용된 삼축시험기는 GCTS사의 RTX-1500 시스템으로 이 장비와 압력셀(pressure cell) 내부에 설치된 코어시편의 사진이 Fig.
- 예를 들어 석조문화재의 초음파속도 측정이 기온이 높은 여름 낮에 이루어졌을 때와 추운 겨울에 측정되었을 때 그 속도의 차가 많이 난다면 정확한 풍화도의 평가를 위해서는 이에 대한 보정이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 인공기후실에서 암석의 온도를 변화시키며 초음파속도를 측정하여 온도에 따른 변화를 관찰하였다. 측정 온도는 우리나라 사계절 기온을 고려하여−15, 0, 15, 30℃의 네 가지 대표 온도를 선정하였다.
- 하지만 다양한 암상에서 체계적으로 직접법과 간접법을 적용하여 암석의 산지에 따른 보정계수 변화에 대한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 정육면체 공시체를 이용하여 직접법과 간접법을 이용해 체계적으로 속도를 측정하여 지역별 암석에 대한 보정계수를 산정하고자 하였다. 간접법을 이용한 속도의 측정에서는 한 면에서 방향에 따라 각각 4개의 측정점을 19 cm의 거리를 두고 선정하여 각각 10회씩 측정하고, 이를 서로 수직인 세 개의 면에 대해 반복하였다.
- 따라서 본 연구에서는 풍화지수 산정식을 이용하여 석조문화재의 풍화정도를 파악할 때 보다 정확한 풍화등급의 산정을 위해서 다음 두 가지 연구를 수행하였다. 먼저 국내 석조문화재를 구성하고 있는 암석의 대표적 산지에서 신선한 샘플을 획득하고 이를 이용하여 초음파속도를 측정한 후 신선암의 속도 DB를 구축하였다.
- 석조문화재 풍화훼손도의 평가에는 초음파속도를 사용하는 비파괴적 기법이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 초음파속도를 이용한 풍화지수 산정에 사용되는 신선한 암석의 속도(Vu)와 현장에서 측정하는 속도(Vw)의 정확성 향상과 오차분석을 위한 연구를 수행하였으며 이로부터 얻어진 결과는 다음과 같다.
- 결론적으로 의미 있는 풍화지 수의 평가를 위해서는 Table 3에서 제시된 지역별 RXTX-54kHz의 평균속도를 이용해야 한다. 신선암의 속도가 풍화지수 평가에 미치는 영향은 뒤에서 살펴볼 실제 문화재의 적용사례에서 살펴보기로 한다.
가설 설정
- 시료 전체의 평균적인 차이는 약 3% 정도였다. 하지만 이번 실험의 목적은 직접법과간접법으로 측정된 속도의 비율을 판별하기 위한 것이기 때문에 이러한 차이는 두 측정방법에 동일한 영향을 주고 그 결과가 도출되는 보정계수에는 큰영향을 주지 않는 것으로 가정하였다.
제안 방법
- 1. 먼저 신선암의 초음파속도 DB구축을 위해 국가 지정 석조문화재를 구성하고 있는 대표 암종에 대해 16개의 지역에서 20개의 정육면체 공시체와 60개의 코어시료를 획득하여 삼축시험기, UTR-54kHz, RXTX54kHz를 이용하여 초음파속도를 측정하고 그 결과를 DB화하여 Table 3으로 제시하였다.
- 측정 온도는 우리나라 사계절 기온을 고려하여−15, 0, 15, 30℃의 네 가지 대표 온도를 선정하였다. 각 온도에서 암석 시편을 인공기후실에 넣어 12시간 경과 후 시편별로 10회씩 속도를 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 정육면체 공시체를 이용하여 직접법과 간접법을 이용해 체계적으로 속도를 측정하여 지역별 암석에 대한 보정계수를 산정하고자 하였다. 간접법을 이용한 속도의 측정에서는 한 면에서 방향에 따라 각각 4개의 측정점을 19 cm의 거리를 두고 선정하여 각각 10회씩 측정하고, 이를 서로 수직인 세 개의 면에 대해 반복하였다. 직접법의 경우에는 서로 마주 보는 면에 대해 각각 9개의 측정점을 선정하여 10회씩 속도를 측정하였고 서로 수직인 세 개의 면의 쌍에 대해서 반복하였다.
- 측정된 값들 중 최대값과 최소값을 제외하고 평균을 내어 각 시편별로 UTR-54kHz와 RXTX-54kHz 탐촉자에 의한 속도값을 도출하였다. 다음으로 삼축시험기를 이용하여 코어샘플의 초음파속도를 측정하였는데 시편과 센서 사이의 접촉을 향상시키기 위해 모든 샘플에 대하여 1 MPa의 일축압력 상태에서 속도를 측정하였다. 각 시료별로 5회씩 파형을 획득하여 속도를 분석하였으며 2인의 실험자가 독립적으로 실험을 반복하여 삼축시험기에 의한 속도 값을 도출하고, 이를 PUNDIT의 결과와 비교하였다.
- 5의 보정계수를 암종이나 지역의 차이에 관계없이 사용하고 있다. 따라서 이 보정계수의 신뢰성 검증 및 산지별 차이를 알아보기 위해 정육면체 공시체에 RXTX-54kHz 탐촉자를 이용해 직접법과 간접법으로 속도를 측정하였다. 자세한 측정방법은 연구내용에서 언급하였다.
- 휴대용 측정기기를 이용할 경우 탐촉자와 시편사이의 접촉 불량이나 측정하는 사람이 가하는 압력이 일정하지 않은 등의 다양한 원인에 의해서 측정 속도의 오차가 발생하게 된다. 따라서 이들의 평가를 위해서 삼축시험기(triaxial testing machine)를 이용하여 실험실에서 일축상태(uniaxial stress)에서 속도를 측정하였다. 삼축시험기는 시편을 누르는 압력을 일정하게 유지 시킬 수 있고, 초음파 파형을 컴퓨터로 획득하여 주파수 분석 등의 자료처리를 통해 보다 정확한 초음파속도를 산정할 수 있다.
- 연구결과에서 살펴본 바와 같이 우리나라의 경우 같은 화강암이라도 지역에 따라 신선암의 속도의 차이가 크게 나며 5,000 m/s의 고정된 속도를 사용하는 것이 풍화지수의 산정과 풍화등급의 판정에 많은 오차를 야기할 것으로 예측된다. 따라서 측정된 신선암의 초음파속도를 실제 석조문화재에 적용하여 풍화지수 및 등급을 산정해 보고 고정된 속도(5,000 m/s)를 사용할 때와 비교해 보았다.
- 3). 또한 탐촉자에 따른 초음파속도의 차이를 확인하기 위해서 연마면 또는 코어시편에서 사용할 수 있는 UTR-54kHz 탐촉자(Fig. 3b)와 석조문화재와 같이 곡면이나 거친 면에 사용할 수 있게 끝이 뾰족한(exponential tip) RXTX-54kHz 탐촉자(Fig. 3c)를 이용하여 실험을 수행하였다.
- 또한 휴대용 시험기기의 운용방법 (직접법과 간접법)에 의한 차이를 알아보기 위해 정육면체의 공시체(200 mm×200 mm×200 mm)를 1개씩 가공하여 사용하였다.
- 따라서 본 연구에서는 풍화지수 산정식을 이용하여 석조문화재의 풍화정도를 파악할 때 보다 정확한 풍화등급의 산정을 위해서 다음 두 가지 연구를 수행하였다. 먼저 국내 석조문화재를 구성하고 있는 암석의 대표적 산지에서 신선한 샘플을 획득하고 이를 이용하여 초음파속도를 측정한 후 신선암의 속도 DB를 구축하였다. 다음으로 현장에서 풍화암의 초음파속도 측정 시 발생할 수 있는 오차에 대한 보정방법을 제시하여 측정된 속도의 신뢰도를 향상하고자 하였다.
- 측정 거리는 20 cm로 설정하였으며 측정간격은 10 cm, 측정모드는 1초에 10회씩 자동 모드를 이용하였다. 방향에 따른 속도 변화를 고려하기 위해 4개의 방향(0, 45, 90, 135o)으로 측정하였다. 총 측정 지점은 555개이며 총 2,220개의 초음파속도를 획득하였다(Fig.
- 10). 본 연구에서는 대마애불좌상 부분을 조사대상으로 선정하여 속도측정 및 분석을 수행하였다.
- 다음으로 풍화등급 산정을 위하여 Iliev (1967)의식을 이용하여 풍화지수의 분포를 계산하였다. 비교를 위해 신선암의 속도를 일반적으로 이용되는 5,000 m/s로 사용하여 계산한 풍화지수와 본 연구에서 제시한 충주 화강암의 속도인 4,400 m/s를 사용한 풍화지 수를 각각 계산하여 신선암의 속도가 풍화지수에 미치는 영향을 살펴보았다(Fig. 12). 먼저 풍화지수의 분포를 보면 신선암의 속도를 5,000 m/s로 사용했을 때는 0-0.
- 현장에서 사용하는 대표적인 휴대용 실험장비는 스위스 PROCEQ사의 PUNDIT (Portable Ultrasonic Non-destructive Digital Indicating Tester)으로 초음파를 이용한 석조문화재의 속도 측정이 용이한 장비이다. 실험에 사용된 장비는 PUNDIT Lab모델로 발신자 전압은 500 V를 사용하고, 초음파 펄스는 1초에 10회 발생의 연속모드로 설정하였다(Fig. 3). 또한 탐촉자에 따른 초음파속도의 차이를 확인하기 위해서 연마면 또는 코어시편에서 사용할 수 있는 UTR-54kHz 탐촉자(Fig.
- 앞에서 얻어진 60개의 코어시편에 대하여 PUNDIT 과 삼축시험기를 이용하여 속도를 측정하였다. 하나의 코어시편에 대해 두 가지의 탐촉자(UTR-54kHz와 RXTX-54kHz)를 이용해 각각 10회씩 속도를 측정하였으며, 두 사람이 독립적으로 실험을 반복하였다.
- 1에 나타나 있는데 화강암은 강화(KH), 포천(PC), 동해(DH), 부여(BY), 익산(IS), 남원(NW), 담양(DY), 거창(GC), 괴산(GS), 문경(MG), 상주(SJ), 고흥(GH), 충주(CJ), 반려암은 함양(HY), 사암은 보령(BR) 그리고 대리암은 정선(JS) 등 총 16개소이다. 원석의 획득을 위해서 먼저 지질도를 이용하여 개괄적인 분석을 수행한 후 각 지역에 위치한 채석장을 방문하여 현장조사를 수행하고 협조를 통해 원석을 획득하였다. 한 지역에서 세부 암상(색, 입도 등)의 차이가 확인되는 경우에는 각각의 원석을 획득하였다.
- 이러한 오차를 살펴보기 위하여 남·여 실험자가 각 지역별로 동일한 시편을 대상으로 동일지점을 10회씩 번갈아 가며 측정한 초음파속도를 최고값와 최저값을 제외하고 평균값을 구해 운영자에 따른 초음파속도를 비교하고 분석하였다.
- 간접법을 이용한 속도의 측정에서는 한 면에서 방향에 따라 각각 4개의 측정점을 19 cm의 거리를 두고 선정하여 각각 10회씩 측정하고, 이를 서로 수직인 세 개의 면에 대해 반복하였다. 직접법의 경우에는 서로 마주 보는 면에 대해 각각 9개의 측정점을 선정하여 10회씩 속도를 측정하였고 서로 수직인 세 개의 면의 쌍에 대해서 반복하였다. 따라서 하나의 정육면체 공시체에 대해 간접법은 12개의 속도가 직접법은 27개의 속도가 도출되었고 이 값을 평균해서 사용하였다.
- 충주 봉황리 마애불상군의 초음파속도는 PUNDIT의 RXTX-54kHz 탐촉자를 이용하여 간접법으로 측정하였다. 측정 거리는 20 cm로 설정하였으며 측정간격은 10 cm, 측정모드는 1초에 10회씩 자동 모드를 이용하였다. 방향에 따른 속도 변화를 고려하기 위해 4개의 방향(0, 45, 90, 135o)으로 측정하였다.
- 앞에서 얻어진 60개의 코어시편에 대하여 PUNDIT 과 삼축시험기를 이용하여 속도를 측정하였다. 하나의 코어시편에 대해 두 가지의 탐촉자(UTR-54kHz와 RXTX-54kHz)를 이용해 각각 10회씩 속도를 측정하였으며, 두 사람이 독립적으로 실험을 반복하였다. 측정된 값들 중 최대값과 최소값을 제외하고 평균을 내어 각 시편별로 UTR-54kHz와 RXTX-54kHz 탐촉자에 의한 속도값을 도출하였다.
대상 데이터
- 또한 휴대용 시험기기의 운용방법 (직접법과 간접법)에 의한 차이를 알아보기 위해 정육면체의 공시체(200 mm×200 mm×200 mm)를 1개씩 가공하여 사용하였다. 따라서 실험에는 총 60개의 코어샘플과 20개의 정육면체 공시체가 사용되었다(Fig. 2)
- 이 결과와 산지별 분포 특성을 고려하여 16개 지역을 선정하고 샘플획득을 수행 하였다. 샘플획득 지역은 Fig. 1에 나타나 있는데 화강암은 강화(KH), 포천(PC), 동해(DH), 부여(BY), 익산(IS), 남원(NW), 담양(DY), 거창(GC), 괴산(GS), 문경(MG), 상주(SJ), 고흥(GH), 충주(CJ), 반려암은 함양(HY), 사암은 보령(BR) 그리고 대리암은 정선(JS) 등 총 16개소이다. 원석의 획득을 위해서 먼저 지질도를 이용하여 개괄적인 분석을 수행한 후 각 지역에 위치한 채석장을 방문하여 현장조사를 수행하고 협조를 통해 원석을 획득하였다.
- 연구결과를 적용하기 위한 석조문화재는 보물 제 1401호인 충주 봉황리 마애불상군이다. 충주 봉황리 마애불상군은 충청북도 충주시 가금면 봉황리에 위치하고 있으며 1982년 12월 17일 충청북도유형문화재 제131호로 지정되었다가, 2004년 3월 3일 보물 제 1401호로 승격 지정되었다.
- 문헌 조사 결과 화성암이 전체 석조문화재 중 약 87%로 거의 대부분을 차지하고 있으며, 그 중 화강암류가 90%이상인 것으로 확인되었다. 이 결과와 산지별 분포 특성을 고려하여 16개 지역을 선정하고 샘플획득을 수행 하였다. 샘플획득 지역은 Fig.
- 한 지역에서 세부 암상(색, 입도 등)의 차이가 확인되는 경우에는 각각의 원석을 획득하였다. 이렇게 한 가지 이상의 원석을 획득한 지역은 남원, 담양, 상주, 함양지역으로 지역 당 2개씩의 원석을 확보하여 실험에 사용하였고, 두 개의 원석에 대한 샘플 번호는 지역명 뒤에 A와 B를 붙여서 구별하였다. 예를 들어 두 개의 남원지역의 샘플 번호는 NWA와 NWB와 같이 표시하였다.
- 또한 다양한 석조문화재에 이러한 결과를 적용하기 위해서는 대표적 산지에서 샘플을 획득하고 속도를 측정하여 신선암 속도의 DB를 구축하여야 한다. 초음파속도 DB구축을 위해서 국가지정(국보와 보물) 석조문화재의 구성 암종을 조사하였다(국립문화재연구소, 2002; 2003; 2004; 2005). 문헌 조사 결과 화성암이 전체 석조문화재 중 약 87%로 거의 대부분을 차지하고 있으며, 그 중 화강암류가 90%이상인 것으로 확인되었다.
- 방향에 따른 속도 변화를 고려하기 위해 4개의 방향(0, 45, 90, 135o)으로 측정하였다. 총 측정 지점은 555개이며 총 2,220개의 초음파속도를 획득하였다(Fig. 11). 지질도와 주변 암석을 이용한 분석 결과 마애불상군의 암종은 충주 화강암일 것으로 추정되어, 측정된 초음파속도는 Table 4의 충주 화강암의 보정계수로 제시된 1.
- 측정 온도는 우리나라 사계절 기온을 고려하여−15, 0, 15, 30℃의 네 가지 대표 온도를 선정하였다.
- 표준속도의 선정과 삼축시험기 및 휴대용 측정기기 사이의 속도의 비교를 위한 코어시편은 방향에 따른 속도의 변화를 알아보기 위해 수직인 세 방향으로 NX크기(54 mm×108 mm)로 3개의 시편을 획득하였다.
데이터처리
- 다음으로 삼축시험기를 이용하여 코어샘플의 초음파속도를 측정하였는데 시편과 센서 사이의 접촉을 향상시키기 위해 모든 샘플에 대하여 1 MPa의 일축압력 상태에서 속도를 측정하였다. 각 시료별로 5회씩 파형을 획득하여 속도를 분석하였으며 2인의 실험자가 독립적으로 실험을 반복하여 삼축시험기에 의한 속도 값을 도출하고, 이를 PUNDIT의 결과와 비교하였다.
- 하나의 코어시편에 대해 두 가지의 탐촉자(UTR-54kHz와 RXTX-54kHz)를 이용해 각각 10회씩 속도를 측정하였으며, 두 사람이 독립적으로 실험을 반복하였다. 측정된 값들 중 최대값과 최소값을 제외하고 평균을 내어 각 시편별로 UTR-54kHz와 RXTX-54kHz 탐촉자에 의한 속도값을 도출하였다. 다음으로 삼축시험기를 이용하여 코어샘플의 초음파속도를 측정하였는데 시편과 센서 사이의 접촉을 향상시키기 위해 모든 샘플에 대하여 1 MPa의 일축압력 상태에서 속도를 측정하였다.
이론/모형
- 5. Measurement methods for the PUNDIT Lab system.
- 다음으로 풍화등급 산정을 위하여 Iliev (1967)의식을 이용하여 풍화지수의 분포를 계산하였다. 비교를 위해 신선암의 속도를 일반적으로 이용되는 5,000 m/s로 사용하여 계산한 풍화지수와 본 연구에서 제시한 충주 화강암의 속도인 4,400 m/s를 사용한 풍화지 수를 각각 계산하여 신선암의 속도가 풍화지수에 미치는 영향을 살펴보았다(Fig.
- 표준속도의 선정과 삼축시험기 및 휴대용 측정기기 사이의 속도의 비교를 위한 코어시편은 방향에 따른 속도의 변화를 알아보기 위해 수직인 세 방향으로 NX크기(54 mm×108 mm)로 3개의 시편을 획득하였다. 시편의 가공은 ISRM (1979)에서 제시한 방법에 따라 이루어졌다. 또한 휴대용 시험기기의 운용방법 (직접법과 간접법)에 의한 차이를 알아보기 위해 정육면체의 공시체(200 mm×200 mm×200 mm)를 1개씩 가공하여 사용하였다.
- 충주 봉황리 마애불상군의 초음파속도는 PUNDIT의 RXTX-54kHz 탐촉자를 이용하여 간접법으로 측정하였다. 측정 거리는 20 cm로 설정하였으며 측정간격은 10 cm, 측정모드는 1초에 10회씩 자동 모드를 이용하였다.
성능/효과
- 2. 측정 결과 동일한 화강암이라도 각 지역에 따라 초음파속도가 3,118에서 5,380 m/s까지 변화가 매우큰 것으로 나타났으며 신선암의 속도를 하나의 고정 값으로 사용하면 풍화지수 평가에 많은 오차를 야기할 수 있다는 것을 확인하였다.
- 3. 현장에서는 대부분 RXTX-54kHz를 사용하여 속도를 측정하므로 풍화지수의 평가에 사용되는 신선암의 속도 또한 DB에 제시되어 있는 값 중에서 RXTX54kHz의 결과를 사용하여야 풍화에 의한 속도 차가 정확히 평가될 수 있을 것으로 생각된다.
- 5. 장비 운영자 및 온도에 따른 초음파속도의 차이는 대부분 오차 범위 내에 있으며 풍화도 산정에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다.
- 6. 본 연구에서 제시된 결과를 이용해 봉황리 마애불상군의 풍화도 평가에 적용한 결과, 산정된 풍화지 수는 기존의 방법으로 추정된 값과 큰 차이가 있었고 풍화등급 또한 상당히 풍화에서 중간정도의 풍화로 바뀌는 것을 확인할 수 있었다. 기존의 다른 분석 결과와 비교했을 때 본 연구에서 제시한 방법으로 평가한 결과가 보다 정확한 것으로 확인되어 석조문화재의 정확한 풍화훼손도의 평가에 본 연구의 결과가 큰 도움이 될 것으로 기대된다.
- 따라서 기존 방법에서 사용하는 신선한 화강암의 속도를 5,000 m/s로 고정해서 사용하는 것은 국내 실정에 맞지 않으며, 또한 이를 단순하게 측정값들의 평균인 4,100 m/s로 대체해서 사용하는 것도 정확도를 향상시키지 못할 것으로 판단된다. 결론적으로 의미 있는 풍화지 수의 평가를 위해서는 Table 3에서 제시된 지역별 RXTX-54kHz의 평균속도를 이용해야 한다. 신선암의 속도가 풍화지수 평가에 미치는 영향은 뒤에서 살펴볼 실제 문화재의 적용사례에서 살펴보기로 한다.
- 예를 들어 두 개의 남원지역의 샘플 번호는 NWA와 NWB와 같이 표시하였다. 결론적으로 총 16개소의 지역에서 20개의 원석을 확보하고 속도측정을 위해 샘플을 성형하였다. 표준속도의 선정과 삼축시험기 및 휴대용 측정기기 사이의 속도의 비교를 위한 코어시편은 방향에 따른 속도의 변화를 알아보기 위해 수직인 세 방향으로 NX크기(54 mm×108 mm)로 3개의 시편을 획득하였다.
- 또한 건조암석으로 실험을 수행하여 물의 동결에 의한 효과는 나타나지 않았기 때문에 온도가 낮아질수록 초음파속도가 증가할 것으로 예측했으나 실제 이러한 경향을 확인하기는 어려웠다. 결론적으로 현장에서 석조문화재의 초음파속도 측정 시 온도의 영향은 크지 않을 것으로 예상되며 그 차이도 측정 오차의 범위를 이내로 크게 고려하지 않아도 될 것으로 판단된다. 하지만 본 실험은 건조한 신선암을 대상으로 수행하였기 때문에 풍화가 심한 암석이나 수분을 함유한 암석에 대해서는 추가 연구가 필요할 것으로 예상된다.
- 특히 익산지역의 화강암은 매우 큰 차이를 보이고 있는데 이는 익산화강암은 신선한 암석의 경우에도 미소균열을 많이 포함하고 있는 것으로 추정된다. 그리고 UTR-54kHz와 RXTX-54kHz의 차이, 즉 탐촉자와 시편사이의 접촉에 의한 영향은 UTR-54kHz 탐촉자를 이용한 경우가 평균 5% 정도 높았으며 지역별로 그 편차는 그리 크지 않은 것으로 나타났다
- , 2009). 그리고 방향에 대한 속도 차이를 알아보기 위한 서로 수직인 세 방향의 코어시편 사이의 차이는 약 2-3% 정도로 모든 시료에서 무시할 수 있을 정도로 작았다.
- 다음으로 측정기기에 대한 차이를 살펴보면(Fig. 7), 일축응력 상태에서의 결과가 UTR-54kHz 탐촉자의 결과보다 평균 7% 정도 높게 나타났다. 특히 익산지역의 화강암은 매우 큰 차이를 보이고 있는데 이는 익산화강암은 신선한 암석의 경우에도 미소균열을 많이 포함하고 있는 것으로 추정된다.
- 따라서 이 속도를 신선암의 속도로 사용하였고, 화강암 시료의 결과를 살펴보면 평균은 4,108 m/s, 표준편차는 716 m/s, 최대 및 최소 값은 각각 5,380와 3,118 m/s로 나타났다. 따라서 기존 방법에서 사용하는 신선한 화강암의 속도를 5,000 m/s로 고정해서 사용하는 것은 국내 실정에 맞지 않으며, 또한 이를 단순하게 측정값들의 평균인 4,100 m/s로 대체해서 사용하는 것도 정확도를 향상시키지 못할 것으로 판단된다. 결론적으로 의미 있는 풍화지 수의 평가를 위해서는 Table 3에서 제시된 지역별 RXTX-54kHz의 평균속도를 이용해야 한다.
- 실제로 현장에서 석조문화재의 속도를 측정할 때 RXTX-54kHz 탐촉자를 사용하는 경우가 거의 대부분이기 때문에 풍화지수의 계산에 사용되는 신선암의 속도는 Table 3의 RXTX-54kHz의 결과를 사용해야 할 것으로 생각된다. 따라서 이 속도를 신선암의 속도로 사용하였고, 화강암 시료의 결과를 살펴보면 평균은 4,108 m/s, 표준편차는 716 m/s, 최대 및 최소 값은 각각 5,380와 3,118 m/s로 나타났다. 따라서 기존 방법에서 사용하는 신선한 화강암의 속도를 5,000 m/s로 고정해서 사용하는 것은 국내 실정에 맞지 않으며, 또한 이를 단순하게 측정값들의 평균인 4,100 m/s로 대체해서 사용하는 것도 정확도를 향상시키지 못할 것으로 판단된다.
- 13으로 나타났다. 따라서 이러한 암석의 지역별 특성을 고려하지 않는다면 간접법으로 측정된 속도를 환산할 때 담양, 괴산, 충주, 함양, 보령의 경우에는 10% 이상의 오차가 발생하게 되며, 지역별로 조사된 보정계수를 사용하는 것이 이러한 오차를 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
- 봉황리 마애불상군의 다른 연구 결과에서는 풍화등급은 중간정도이며 단순 모니터링이 필요하다는 결과를 제시하고 있는데(국립문화재연구소, 2011), 이는 실제 측정된 속도를 사용해야 정확한 풍화지수를 계산할 수 있고, 신뢰성 있는 풍화지수를 산정할 수 있다는 것을 보여준다. 또한 이 결과는 본 연구에서 제시된 방법이 석조문화재 풍화훼손도의 정확한 평가에 기여할 수 있다는 것을 시사한다.
- 초음파속도 DB구축을 위해서 국가지정(국보와 보물) 석조문화재의 구성 암종을 조사하였다(국립문화재연구소, 2002; 2003; 2004; 2005). 문헌 조사 결과 화성암이 전체 석조문화재 중 약 87%로 거의 대부분을 차지하고 있으며, 그 중 화강암류가 90%이상인 것으로 확인되었다. 이 결과와 산지별 분포 특성을 고려하여 16개 지역을 선정하고 샘플획득을 수행 하였다.
- 4의 풍화지수를 보였다. 반면 실제 신선암의 초음파속도인 4,400 m/s를 사용 하여 풍화지수를 선정하면 0-0.6의 풍화지수 범위를 보이며 평균은 0.3으로 5,000 m/s를 사용할 시보다 전체의 평균이 0.1 정도 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 이 결과를 Table 2에 제시된 풍화등급의 산정에 적용해 보면 5,000 m/s를 사용했을 때는 상당히 풍화, 즉 보수처리가 필요하다는 결과를 얻을 수 있지만 실제 측정된 속도인 4,400 m/s를 이용하면 중간 정도의 풍화로 단순 모니터링이 필요하다는 서로 상이한 결과를 보인다.
- 보정된 초음파속도는 1,601-4,886 m/s의 범위를 보였으며, 3,022 m/s의 평균값을 보였다.
- 연구결과에서 살펴본 바와 같이 우리나라의 경우 같은 화강암이라도 지역에 따라 신선암의 속도의 차이가 크게 나며 5,000 m/s의 고정된 속도를 사용하는 것이 풍화지수의 산정과 풍화등급의 판정에 많은 오차를 야기할 것으로 예측된다. 따라서 측정된 신선암의 초음파속도를 실제 석조문화재에 적용하여 풍화지수 및 등급을 산정해 보고 고정된 속도(5,000 m/s)를 사용할 때와 비교해 보았다.
- 다음으로 장비 운영자에 따른 초음파속도의 차이를 알아보기 위해 실험한 결과가 Table 5에 나타나 있다. 예상과는 달리 운영자의 차이나 성별의 차이에 의한 측정속도의 변화는 거의 관찰되지 않았으며 최대 6%, 평균 2% 미만의 차이를 나타내었다. 이 결과로부터 현장에서 석조문화재의 초음파속도 측정 시장비 운영자에 따른 오차는 크게 고려하지 않아도 될 것으로 생각된다.
- 5와 거의 동일한 값을 보여 주었다. 하지만 산지별로 무시할 수 없는 차이가 있어 단순히 평균값을 적용할 경우 5개소 이상의 지역에서는 오차가 10%를 초과할 것으로 나타났다. 따라서 현장에서 간접법으로 측정할 때 지역별로 서로 다른 보정계수를 사용하여야 신뢰성 높은 속도를 얻을 수 있을 것으로 생각된다.
- 획득된 보정계수의 결과를 분석해 보면 평균은 1.51로 현재 사용되고 있는 값과 유사하였다. 하지만 지역별로 무시할 수 없는 편차가 존재하는데 최대값은 1.
후속연구
- 본 연구에서 제시된 결과를 이용해 봉황리 마애불상군의 풍화도 평가에 적용한 결과, 산정된 풍화지 수는 기존의 방법으로 추정된 값과 큰 차이가 있었고 풍화등급 또한 상당히 풍화에서 중간정도의 풍화로 바뀌는 것을 확인할 수 있었다. 기존의 다른 분석 결과와 비교했을 때 본 연구에서 제시한 방법으로 평가한 결과가 보다 정확한 것으로 확인되어 석조문화재의 정확한 풍화훼손도의 평가에 본 연구의 결과가 큰 도움이 될 것으로 기대된다.
- 2씩 감소할 때마다, 즉 속도가 20%씩 감소할 때마다 풍화등급과 보존처리방법이 선형적으로 바뀐다는 것은 이론적 근거가 미약하며 보다 체계적인 검증이 요구된다. 마지막으로 더 많은 지역에서 다양한 시편을 이용한 속도분석과 보정계수에 대한 연구를 통한 체계적인 DB의 완성이 있어야 다양한 석조문화재에 대한 정밀한 진단과 보존대책 수립이 가능할 것으로 생각된다.
- 두 번째로 본 연구에서 제시한 정확한 신선암의 속도 및 신뢰성 높은 현장 속도를 이용하여 풍화지수를 산정하여도 이를 이용해서 풍화등급 및 보존처리방법을 평가하는 Table 2의 분류기준에 대한 검토가 필요하다. 실제 풍화가 진행되면서 풍화지수가 0.2씩 감소할 때마다, 즉 속도가 20%씩 감소할 때마다 풍화등급과 보존처리방법이 선형적으로 바뀐다는 것은 이론적 근거가 미약하며 보다 체계적인 검증이 요구된다. 마지막으로 더 많은 지역에서 다양한 시편을 이용한 속도분석과 보정계수에 대한 연구를 통한 체계적인 DB의 완성이 있어야 다양한 석조문화재에 대한 정밀한 진단과 보존대책 수립이 가능할 것으로 생각된다.
- 예상과는 달리 운영자의 차이나 성별의 차이에 의한 측정속도의 변화는 거의 관찰되지 않았으며 최대 6%, 평균 2% 미만의 차이를 나타내었다. 이 결과로부터 현장에서 석조문화재의 초음파속도 측정 시장비 운영자에 따른 오차는 크게 고려하지 않아도 될 것으로 생각된다.
- 끝으로 보다 정확한 풍화등급 및 보존처리방법의 산정을 위해서는 몇 가지 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다. 첫 번째로 코어시료와 육면체 공시체의 측정결과에서 나타났듯이 시편의 크기에 따른 초음파 속도의 변화에 따른 추가적인 분석과 그 영향을 평가하는 것이 필요하다. 두 번째로 본 연구에서 제시한 정확한 신선암의 속도 및 신뢰성 높은 현장 속도를 이용하여 풍화지수를 산정하여도 이를 이용해서 풍화등급 및 보존처리방법을 평가하는 Table 2의 분류기준에 대한 검토가 필요하다.
- 결론적으로 현장에서 석조문화재의 초음파속도 측정 시 온도의 영향은 크지 않을 것으로 예상되며 그 차이도 측정 오차의 범위를 이내로 크게 고려하지 않아도 될 것으로 판단된다. 하지만 본 실험은 건조한 신선암을 대상으로 수행하였기 때문에 풍화가 심한 암석이나 수분을 함유한 암석에 대해서는 추가 연구가 필요할 것으로 예상된다.
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