Original paper

Marble columns and their state of weathering: structural evidence and ultrasonic tomography

Ruederich, Joerg; Siegesmund, Siegfried; Richter, Daniel

Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft Band 152 Heft 2-4 (2001), p. 665 - 680

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published: Dec 11, 2001

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ArtNo. ESP171015202027, Price: 29.00 €

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Abstract

Ultrasonic tomography is frequently used to determine the state of weathering of natural building stones. The results from an ultrasonic tomography survey performed on columns made of Prieborn and Kauffung marble at the Marmorpalais Potsdam (Germany) were cross checked by detailed mappings of all macroscopically visible structures. Laboratory velocity data and their anisotropy are the basic input data for the modeling of synthetic tomograms, and therefore, an excellent database for quantifying field measurements. The intrinsic anisotropy of the marbles significantly influences the velocity distribution in the tomograms. If an anisotropy of 20 %, which is equivalent to the anisotropy observed in laboratory studies, is used the effect of macrocracks, open grain boundaries and intragranular cracks can be quantified. These results clearly indicate that the rock composition, rock fabric and its anisotropy has to be considered when interpreting velocity data in terms of deterioration, and moreover, when using this data as a basis for conservation purposes.

Kurzfassung

Die Ultraschalltomographie wird zunehmend eingesetzt, um den Verwitterungszustand von Naturwerksteinen zu charakterisieren. Die Ergebnisse einer Ultraschall-tomographischen Untersuchung an Säulen aus Prieborner und Kauffunger Marmor des Marmorpalais in Potsdam (Deutschland) wurden mit detaillierten Strukturaufnahmen in Form von Kartierungen auf ihre Aussagekraft hin geprüft. Darüber hinaus wurden im Labor ermittelte Geschwindigkeitsdaten und ihre Anisotropie als Grundlage für die Berechnung synthetischer Tomogramme verwendet, die eine gute Datengrundlage für die Quantifizierung der Messungen vor Ort darstellen. Die intrinsische Anisotropie der untersuchten Marmortypen beeinflußt deutlich die Geschwindigkeitsverteilung in den Tomogrammen. Bei der Einrechnung einer Anisotropie von 20%, welche vergleichbar ist zu der in Laboruntersuchungen ermittelten, kann der Einfluß von Makrorissen, offenen Korngrenzen und intragranularen Rissen quantifiziert werden. Die Ergebnisse zeigen, daß die mineralogische Zusammensetzung, das Gesteinsgefüge und dessen Anisotropie bei der Interpretation von Ultraschalluntersuchungen zur Ermittlung des Verwitterungszustandes von Naturwerksteinen sowie hinsichtlich der Entwicklung von Sanierungskonzepten berücksichtigt werden müssen.

Keywords

marblesornamental materialsweatheringpetrofabricsanisotropyultrasonic methodstomography