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문제 정의
- 이 논문에 활용한 회곽묘의 물성측정은 (재)한양문화재 연구원의 도움을 받아 현장에서 직접 수행하였음을 밝히며, 시료제공과 편의를 베풀어 주신 관계자 여러분께 깊이 감사드린다.
- 이 연구에서는 Kang and Lee(2018)가 보고한 평택 궁리유적 회곽묘의 재료학적 특성과 제작방식을 기초로 비파괴 방법을 이용한 물성평가와 강도분석을 수행하여 회곽에 대한 과학적 및 공학적 자료를 고찰하였다. 이는 조선시대 회곽묘의 제작방식에 따른 강도와 제작기법 이해에 중요한 자료로 활용될 수 있을 것이다.
- (2016; 2017) 및 Kang and Lee(2018)에 의해 비교적 상세히 보고된 바 있다. 이 연구에서는 평택 궁리유적에서 발굴된 조선시대 회곽묘를 제작방식에 따라 분류하고 물성을 평가하여 제작기술을 해석하였다.
제안 방법
- 제안된 추정식 가운데 초음파속도로 강도를 해석할 때 국내에서 가장 많은 사용빈도를 보이는 것은 일본건축학회에서 제안된 식이며, 반발경도를 통한 강도추정에는 일본 재료학회식이 가장 많은 비율을 차지하고 있다(Lim, 2008). 따라서 이 연구에서는 각각의 추정식을 적용하여 초음파속도와 반발경도를 통한 압축강도를 산출하였다.
- Figure 5에 제시한 선행연구에서는 주로 회곽을 원주형 공시체로 제작하여 압축강도 시험을 실시하였으나, 이 연구에서는 앞서 서술한 바와 같이 공시체 제작이 가능한 정도의 시료 획득이 불가하였다. 따라서 초음파속도 측정 결과와 함께 반발경도 측정값을 산출하고 압축강도로 환산하여 물성을 해석하였다.
- 평택 궁리유적에서 확인된 회곽묘의 내구성과 강도를 파악하기 위해 비파괴 물성분석 기법을 활용하였다. 먼저 초음파속도 측정을 통하여 상대적인 물성을 비교하였다. 이때 사용한 기기는 Proceq사의 Pundit Lab이며, 표면요철에 의한 영향을 최소화하기 위하여 지수형 탐촉자를 이용하였다.
- 측정은 25호 층벽식 회곽묘에서 280지점, 통벽식 222호 회곽묘에서 247지점, 223호 회곽묘에서 249지점을 측정하였다(Figure 3). 반발경도 역시 초음파속도 측정과 동일하게 방위별로 내벽을 측정하였으며, 회곽묘의 상부 단면을 함께 측정하여 비교하였다.
- (1999)은 안동에서 확인된 회곽의 강도를 추정하였다. 반발경도를 통해 현장에서 1차적으로 경도를 측정하였으며 초음파속도측정과 압축강도 시험을 통 해 강도를 산출하였다. Do et al.
- 압축강도 추정값을 선행연구 결과와 비교해 보았다(Figure 5). Park et al.
- 회곽 자체에 대한 과학적 및 공학적 연구는 일부 연구자들에 의해 수행된 바 있다. 이 연구에서는 평택 궁리유적에서 확인된 회곽묘를 대상으로 비파괴 방법을 적용하여 물성을 평가하였으며, 제작방식에 따라 강도를 해석하였다.
- 또한 단일 값이 아닌 둘 이상의 비파괴 시험결과를 조합하여 강도를 추정하는 복합법에 대해서도 다양한 연구가 진행된 바 있다(Lim, 2008). 이 연구에서는 회곽의 산출상태와 측정조건 등의 이유로 복합법은 적용하지 않고 초음파속도와 반발경도 등 각각의 단일값을 통해서 압축강도를 산출하였다. 이때 압축강도의 단위를 최근 과학과 공학 분야에서 사용되는 국제단위인 MPa로 변환하였으며, 이를 Figure 4에 도시하였다.
- 초음파속도와 함께 반발경도를 측정하여 회곽묘의 물성을 검토하였다. 측정은 25호 층벽식 회곽묘에서 280지점, 통벽식 222호 회곽묘에서 247지점, 223호 회곽묘에서 249지점을 측정하였다(Figure 3).
대상 데이터
- 궁리 회곽묘의 물성평가를 위한 초음파속도 측정은 25호 회곽묘에서 총 108지점, 222호 회곽묘에서 총 120지점, 223호 회곽묘에서 총 90지점을 측정하였다(Table 1). 각 회곽묘의 내벽에서 방위별로 측정하였으며, 25호 회곽묘는 발굴과정에서 벽체 일부가 토층과 분리되어 있어 측정에서 제외하였다.
- 평택 궁리유적은 아파트 신축 및 복리시설 등을 조성하기 위해 개발하던 과정에서 확인되었으며, 조선시대 분묘와 주거지, 수혈유구, 구상유구, 소성유구 등이 발굴되었다(Hanyang Institute of Cultural Heritage, 2017). 이 유적에서 발굴된 조선시대 회곽묘 14기 가운데 제작방식에 따른 형태적 특징이 뚜렷하게 확인되면서, 지하수의 상승과 같은 환경적 요인으로 침수되지 않은 유구 가운데 현장에서 강도분석이 가능한 회곽묘 3기를 연구대상으로 하였다. 회곽묘 3기는 층벽식으로 제작한 2-2 지역 25호 회곽묘와 통벽식으로 제작한 2-1 지역 222호 및 223호 회곽묘이다(Figure 1).
- 이때 사용한 기기는 Proceq사의 Pundit Lab이며, 표면요철에 의한 영향을 최소화하기 위하여 지수형 탐촉자를 이용하였다. 접촉매질은 엘라스토머 커버를 사용하였고, Jo(2011)에 의해 제시된 시멘트 모르타르의 보정계수인 1.65를 적용하였다.
- 또한 슈미트해머를 이용하여 반발경도를 측정하였으며, 이때 KS F 2730 규정을 참고하였다. 측정에 사용한 기기는 0.735 Nm의 충격에너지를 가하는 Proceq사의 Rock Schmidt L 타입이다. 반발경도는 수평타격을 원칙으로 하고 있으나, 회곽묘 상부는 수평타격이 불가능하여 상향 수 직방향(+90°)으로 타격 후 일본재료학회에서 제시한 보정값을 적용하였다(Lim, 2008).
- 초음파속도와 함께 반발경도를 측정하여 회곽묘의 물성을 검토하였다. 측정은 25호 층벽식 회곽묘에서 280지점, 통벽식 222호 회곽묘에서 247지점, 223호 회곽묘에서 249지점을 측정하였다(Figure 3). 반발경도 역시 초음파속도 측정과 동일하게 방위별로 내벽을 측정하였으며, 회곽묘의 상부 단면을 함께 측정하여 비교하였다.
- 이 유적에서 발굴된 조선시대 회곽묘 14기 가운데 제작방식에 따른 형태적 특징이 뚜렷하게 확인되면서, 지하수의 상승과 같은 환경적 요인으로 침수되지 않은 유구 가운데 현장에서 강도분석이 가능한 회곽묘 3기를 연구대상으로 하였다. 회곽묘 3기는 층벽식으로 제작한 2-2 지역 25호 회곽묘와 통벽식으로 제작한 2-1 지역 222호 및 223호 회곽묘이다(Figure 1).
이론/모형
- 또한 슈미트해머를 이용하여 반발경도를 측정하였으며, 이때 KS F 2730 규정을 참고하였다. 측정에 사용한 기기는 0.
- 평택 궁리유적에서 확인된 회곽묘의 내구성과 강도를 파악하기 위해 비파괴 물성분석 기법을 활용하였다. 먼저 초음파속도 측정을 통하여 상대적인 물성을 비교하였다.
성능/효과
- 2. 초음파속도 측정결과, 층벽식으로 제작한 회곽묘는 1,708∼4,536 m/s의 범위를 나타냈으며, 통벽식으로 제작한 222호 및 223호 회곽묘는 2,657∼6,574 m/s와 1,790∼ 6,483 m/s의 속도를 보였다.
- 3. 초음파속도 측정에서는 층벽식으로 제작한 회곽묘의 물성이 낮게 나타났으나, 반발경도 측정결과 층벽식 회곽묘의 물성이 높게 산출되었다. 궁리유적 회곽묘의 물성을 선행연구 결과와 비교하면, 초음파속도는 비교적 유사한 범위를 보이나 궁리유적 회곽묘에서 상대적으로 높게 나타났다.
- 4. 초음파속도 측정의 원리를 고려했을 때, 벽체에 가해진 충격으로 손상이 발생했을 경우 회곽의 정확한 물성과 상이한 결과가 산출될 수 있다. 반발경도는 상대적으로 외부충격에 대한 영향은 낮지만 타격과정에서 사용자의 주의가 필요하다.
- 각각의 측정값을 비교해 보면 초음파속도는 일부 유사한 구간을 보이고 있으나, 상대적으로 궁리유적의 초음파 속도가 더 높은 범위를 나타냈다. 반발경도를 통해 추정한 궁리유적 회곽묘의 압축강도는 2.
- 초음파속도 측정에서는 층벽식으로 제작한 회곽묘의 물성이 낮게 나타났으나, 반발경도 측정결과 층벽식 회곽묘의 물성이 높게 산출되었다. 궁리유적 회곽묘의 물성을 선행연구 결과와 비교하면, 초음파속도는 비교적 유사한 범위를 보이나 궁리유적 회곽묘에서 상대적으로 높게 나타났다. 반발경도 측정을 통해 산출한 압축강도에서는 최소값은 낮지만 전반적인 범위는 유사하였다.
- 특히 통벽식으로 제작한 회곽묘에 적용했을 경우 강도의 차이는 있으나 유사한 경향성을 보인다. 따라서 층벽식으로 제작한 회곽묘에 비해 통벽식으로 제작한 회곽묘의 물성평가에 더욱 효과적인 것으로 판단된다.
- 따라서 초음파속도와 반발경도 측정을 통한 물성평가는 통벽식으로 제작한 회곽묘의 강도추정에 더욱 효과적인 것으로 판단된다. 또한 불균질한 재료의 혼합과 다양한 기법이 적용된 회곽묘와 같은 재질에 대한 간접적 강도측정은 측정기기의 면적과 지향성이 단순한 반발경도법이 초음파법에 비해 일정한 값을 제시하였다.
- 반면 층벽식으로 제작한 회곽묘는 2,386∼3,491 m/s의 평균 초음파속도를 보여 상대적으로 낮은 물성으로 확인되었다.
- 반발경도 측정결과, 층벽식 회곽묘의 평균 반발경도는 33.0이며 14.5∼55.5의 범위를 보였다.
- 반발경도 측정결과, 통벽식으로 제작한 회곽묘에 비해 층벽식으로 제작한 회곽묘의 물성이 상대적으로 높은 것 으로 나타났으며, 초음파속도와 반발경도 측정결과는 다소 상이한 결과를 보였다. 이러한 물성평가 결과는 회곽묘의 산출상태와 제작방식, 회곽자체의 방향성, 측정 당시의 환경 등을 복합적으로 고려한 해석이 이루어져야 한다.
- 이 결과, 통벽식으로 제작한 회곽묘 가운데 222호 회곽묘에서 압축강도의 차이가 가장 적게 나타났으며, 223호 회곽묘 역시 상대적으로 유사한 경향을 보였다. 반면 초음파속도와 반발경도 측정결과가 상이하게 나타났던 층벽식 회곽묘는 압축강도의 편차가 크게 나타났다(Figure 4).
- 그러나 반발도와 압축강도의 상관관계를 이용하면 상대적인 강도를 추정할 수 있다. 이 연구에서 활용한 초음파 속도와 반발경도 측정은 비파괴 시험으로 재료의 파괴가 필요하지 않고, 현장에서 데이터 획득이 용이하다는 장점이 있다. 압축강도와 초음파속도를 기준으로 Bell(1992)이 제안한 각 물성에 대한 암석분류를 바탕으로 궁리유적 회곽묘의 강도를 살펴보면 다음과 같다.
- 이를 평택 궁리유적에서 발굴된 세 회곽묘의 초음파속도와 비교해 보면 통벽식 회곽은 평균 4,000 m/s 이상의 초음파속도를 보여 신선한 벽돌과 암석이 갖는 초음파속도와 유사하게 나타났다. 반면 층벽식으로 제작한 회곽묘는 2,386∼3,491 m/s의 평균 초음파속도를 보여 상대적으로 낮은 물성으로 확인되었다.
- 초음파속도와 반발경도로 압축강도를 산출한 결과, 층벽식으로 제작한 25호 회곽묘는 각각 4.0∼355.3 kgf/cm2와 18.8∼537.5 kgf/cm2의 범위를 보였다.
후속연구
- 이 연구에서는 Kang and Lee(2018)가 보고한 평택 궁리유적 회곽묘의 재료학적 특성과 제작방식을 기초로 비파괴 방법을 이용한 물성평가와 강도분석을 수행하여 회곽에 대한 과학적 및 공학적 자료를 고찰하였다. 이는 조선시대 회곽묘의 제작방식에 따른 강도와 제작기법 이해에 중요한 자료로 활용될 수 있을 것이다.
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