1.서 론

남한산성은 최근까지도 지속적으로 보수가 이루어지 고 있다. 특히 남한산성 여장은 줄눈 및 사춤재의 박 락이 주된 손상요인으로 나타나며 이로 인하여 전돌의 탈락까지도 발생하고 있다. 이렇듯 남한산성 여장은 다양한 손상형태로 나타나고 있다. 남한산성 여장에 대한 지속적인 보수가 이루어지고 있으나 과학적 조사 를 통하여 손상원인에 대한 규명은 이루어지지 않았 다. 남한산성은 지리적 특성상 산 정상부에 위치하고 있으며 각 방위별로 미기상환경이 다양하게 관측된다. 또한 각각 여장의 보수시기와 방법이 달라서 전수조사 를 통한 손상원인 조사가 필요하다.

남한산성은 지금까지 축조기법에 대한 연구와 건축 공학적 손상요인에 대한 분석이 이루어졌으며,¹⁾ 전돌 에 대한 손상원인 규명연구와 물성평가 연구 또한 지 속적으로 이루어지고 있다.²⁾ 남한산성의 여장은 전돌 과 석회모르타르로 이루어진 복합체로써 조적식 구조 물 특성상 다양한 요인에 의해서 손상현상이 나타나게 된다. 현재 보수된 남한산성 여장의 사춤재는 조선시 대 제작방식인 석회모르타르가 아닌 현대의 시멘트모 르타르가 주된 결합재로 사용되었다. 전돌과 사춤재는 유사한 물성을 지녀야 구조적으로 안전하기 때문에³⁾ 시멘트모르타르에는 강도 높은 현대식 전돌이 사용되 어야 하며, 강도가 상대적으로 약한 전통수제전돌에는 석회모르타르가 사용되어야 한다. 그러나 남한산성 여 장은 많은 부분보수와 전체보수가 이루어지면서 다양 한 형태의 보수기법이 관찰된다. 아직까지 혹한의 환 경에서 복합적인 구조형태를 지닌 구조물에 대한 손상 원인 규명연구는 아직 미비한 실정이다. 따라서 본 연 구에서는 남한산성의 지리적·환경적 특성과 복합적인 구조물로서의 특성을 고려하여 손상원인에 대한 분석 을 진행하고자 한다.

손상요인 조사를 위하여 현장 전수조사를 통한 보존 과학적 손상도 평가를 실시하고, 다양한 유형의 여장 에 대한 비파괴 물성조사를 실시하여 종합적으로 손상 원인을 규명하고자 하였으며, 손상등급과 기상환경에 따른 보존관리방안을 제시함으로써 남한산성 여장을 체계적으로 보존관리할 수 있는 근거자료를 마련해보 고자 한다.

2.연구방법

2-1.보존과학적 손상도 평가

남한산성의 원형보존구역을 제외하고 본성에 대한 손상현황을 파악하고자 여장에 대하여 전수조사를 수 행하였다. 조사된 단위여장은 동측구간이 240타, 서측이 600타, 남측이 482타, 북측이 620타로 총 1942타이며, 전체 길이로는 약 7.768km이다.

손상기록카드는 손상현상에 대하여 물리적, 화학적, 생물학적으로 구분하였고 기계적 손상에 대해서도 파 손손상으로 구분하고, 조사된 기록카드에서 각각의 손 상현상에 대한 면적을 산출한 후 점유율을 구하여 손 상도를 평가하였으며, 여장의 보수부분에 대하여 전돌 의 생산년도와 사춤재의 상태로 판단하여 2000년 이후 보수부분은 ‘최근’으로 구분하고 2000년 이전의 보수부 분은 ‘근래’로 구분하였다. 조사된 자료를 통해 전체 여장에 대한 물리적 손상, 화학적 손상, 생물학적 손상 을 남한산성 여장의 지형도와 비교하여 지역적인 요인 을 분석하였으며, 각각의 손상요인과 보수시기를 비교 하여 손상이 집중된 지역의 손상을 해석하였다. Fig.1, 2

2-2.축성재료의 손상원인 비파괴 분석

남한산성 여장에 대하여 반발경도 측정(Rock-Test hammer / Concrete-Test hammer)을 실시하였다. 측 정한 20점에 대한 산술평균을 구하고, ±20%를 넘는 측 정치는 추가 조사된 값으로 대체하여 산술평균을 다시 구해서 반발경도(R)로 정하며, 반발경도 보정치(dR)에 의하여 반발경도에 타격각도(방향)에 따른 보정치(dR) 를 반영하여 기준경도(Ro = R+dR)를 산출하며, 이를 기초로 한 콘크리트 압축강도(Fc) 환산은 다음의 2가 지 방법을 적용한다.

위와 같이 2가지 방법에 의해 압축강도(Fc)를 구한 다음 재령에 따른 보정치(n)로 각각 보정한 후 3가지 방법에 의하여 구해진 추정압축강도(Fc×n)를 산술평균 하여 콘크리트의 평균압축강도를 구한다. 남한산성 현 장조사에서는 3회를 타격하여 평균값을 구하였다.

전돌과 모르타르 내에서의 초음파의 전달 속도는 탄 성 정도나 강도에 의해 영향을 받게 된다. 초음파속도 측정기(Ultracon-150)를 이용하여 전돌과 사춤재 및 줄눈의 종류에 따른 초음파속도를 측정한 후 이를 도 식화하여 전체적인 초음파속도 경향을 파악하였다.

콘크리트수분량측정기(HI-520)는 콘크리트, 모르타 르, ALC, 인공경량골재 수분량을 측정하는 기기로, 자 동/수동온도보정, 표면에서 40mm까지의 평균수분이 측정가능하다. 수분량은 동결융해 및 풍화에 가장 큰 요인으로 작용한다. 남한산성 여장의 표면에 대한 수 분량을 측정함으로써 수분의 이동경로를 파악해보고자 도식화하여 경향을 파악하였다.

열적외선화상촬영기(ThermaCAM E45, 미국 FLIR System사)의 촬영 조건은 측정범위 -20～250℃, 측정 오차 ±2℃, 측정감도 0.1℃ 이하, 분광범위 7.5～13㎛이 다. 남한산성 여장은 한 여장 내에서도 부분보수를 통 한 보수재료의 차이가 존재하며 이에 따른 풍화양상을 파악하기 위하여 열적외선화상촬영을 실시하였다.

남한산성 정상부의 미기상환경 측정을 통한 환경자 료 정리 및 종합진단을 실시하였다. 남한산성 정상부 여장 인근의 미기상환경 요소를 측정하여 과학적인 데 이터에 입각한 환경조건을 검토하였다. 남한산성 정상 부 여장 4곳에 기상관측기(Vantage KW Plus / Davis Instruments사)를 설치하고 관측 데이터를 분석을 실시 하였다. 측정항목은 온도, 습도, 풍향, 풍속, 강수량이 며, 2년 4개월간 미기상환경을 관측하였다. 미기상환경 자료를 바탕으로 각각 계절별, 측정지점별 기상환경의 특징을 분석하여 남한산성의 기상환경을 파악하였다. Fig.3

3.연구결과

3-1.보존과학적 손상도 평가 결과

(1)여장의 손상요인 분석 결과

구간 대비 손상요인 비율(%)을 살펴보면 물리적 손 상은 11.0%, 생물손상은 8.9%, 화학적 손상은 5.4%, 파손손상은 3.5%로 순서한다. 손상요인의 구역별 합계 를 보면 서문→남문간이 9.4%, 서문→북문간은 8.6%, 북 문→동문간은 7.2%, 동문→남문간은 3.6%으로 순서하였 다. 총 구간 대비 손상요인 비율은 물리적 손상이 2.9%, 생물 손상은 2.0%, 화학적 손상은 1.2%, 파손 손상은 1.1%로 나타났고 구역별 합계에서는 북문→동문간은 2.8%, 서문→남문간은 2.2%, 서문→북문간은 1.4%, 동문 →남문간은 0.8%로 점유하였다. 각각의 손상요인별에서 는 상대적으로 물리적 손상이 다소 높고 손상부위에 대한 구간에서는 북문에서 동문 간에 손상요인으로 인 한 점유율이 높은 결과를 나타내었다. 그러나 총 면적 으로 산출된 손상요인별 점유율은 낮은 수치에 해당한 다. 이렇게 각각의 손상요인과 구간별로 손상도가 낮 은 이유는 그동안 빈번하게 여장을 보수정비 결과로 인해 낮은 수치가 나타났다. Fig.4, 5

손상요인 중 파손손상은 북문과 동문간이 다른 지역 과 비교하여 다소 높게 나타났으며 이는 보수가 필요 한 부위이다. 또한 서문에서 남문 간에 생물손상이 다 른 구간과 비교하여 다소 높게 나타낸 점은 다른 구간 에 비하여 상대적으로 보수된 부위가 적기 때문이다. 보수시기별 조사결과로 총 조사 구간의 보수비율(%) 에서 2000년 이전에 보수된 부위는 22.2%이며 2000년 이후 최근에 보수된 부위는 13.3%을 나타내었다. 이는 전체 본성의 35.5%가 보수복원된 것을 의미한다. 특히 각 구간 대비 보수비율을 살펴보면 최근에 보수한 부 분은 동문→남문간 30.7%, 북문→동문간 15.1%로 우세 하게 나타났다.

각각의 손상요인별로 조사된 자료에 기초하여 지형 도를 그리는 컴퓨터프로그램인 설퍼(surfer version 8) 를 이용해 도표를 제시하였다. 이 그래프에서는 각각의 손상요인이 발생된 지점을 확인할 수 있고 남한산성의 지형과 함께 비교할 수 있도록 지형도를 제시하였다. 또한 보수시기에 대해서도 도표로 제시하였다. 도표 상 에서 동측면은 장경사신지옹성 지역으로 표고는 해발 약 400m이고 서측면에서는 선수봉 인근 해발 약 430m 지점과 경사를 나타내는 400m 지점이다. 북측면에서는 연주봉 아래인 해발 약 430m의 급경사 부위에서 물리 적 손상을 확인할 수 있다. 남한산성의 표고차와 물리 적 손상은 그동안의 보수로 인하여 안정성을 해석할 수는 없으나 현재 물리적 손상이 발생한 지점은 파악 할 수 있다. 줄눈과 사춤재로 인한 백화현상이 나타난 지역은 주로 서측면과 남측면이다. 서측에서는 연주봉 과 서문 주변이며 남측에서는 동문 주변과 장경사 부 근 여장이다. 서측인 연주봉 부근과 선수봉은 해발 약 430m를 내외하고 동측에서 동문 주변과 장경사 부근 은 해발 약 300∼350m이다. 백화현상이 나타난 부분은 대부분 최근에 보수된 부위이다. 따라서 백화현상과 최 근보수재료 간에 상관관계가 있는 것을 알 수 있다.

생물손상이 발생된 부위는 서측면에 집중하였다. 이 는 앞서 설명한 바와 같이 서측면은 근래(2000년 이 전)에 이루어진 보수가 많은 부분이 많으며, 최근(2000 년 이후)에 보수된 부위가 적기 때문이다. 한편 선수 봉 주변에서 생물손상이 높은 지역이 있는데, 이는 물 리적, 화학적, 생물학적 손상이 가중된 부분이다. 따라 서 선수봉 주변과 산성터널 상부 주변에 대한 생물관 리가 필요한 시점이라 판단된다. 파손손상이 발생된 부위는 주로 동측면과 북문에서 동장대 구간에서 나타 난다. 동장대에서 파손손상이 높게 나타난 점은 원형 보존구간이 있기 때문이다. 이후 동측대부분 최근에 보수된 부위로서 경사지역이다. 또한 다른 측면과 비 교하여 보수방법에서도 차이가 나타나는 지역이다. 보 수시기를 구분하여 제시한 도식을 살펴보면 근래 보수 는 서측면 구간과 동측면 구간으로 나타나고 최근 보 수는 동측면 구간과 북문에서 동장대 구간에 집중하는 현상이 나타나 있다. 이 그림들과 파손 손상도를 비교 하면 동측면 구간은 최근에 보수한 구간이면서도 다시 보수가 필요한 손상이 나타났으므로 동측면의 여장의 안정성이 낮다고 판단된다. 또한 백화현상이 나타난 지역이므로 최근의 보수방법과 재료에 대한 문제점을 내재하고 있다고 판단된다. Fig.6

(2)여장의 보수시기와 풍화도 등급 비교분석

남한산성 여장의 보수가 활발하게 이루어진 시기는 1975∼1987년이며 주로 남한산성의 서측면과 북측면이 다. 서문에서 수어장대로 이어지는 구간이 1975년에 보수가 이루어지고 일부 구간은 현상보존구간으로 지 정되어 이후 보수기록은 나타나지 않는다. 1981∼1982 년에는 연주봉과 북문 구간의 보수가 확인되며 1985∼ 1987년에는 남문지역이 보수되었다. 이후 1990∼1997 년까지는 동측면과 남측면의 보수가 집중적으로 이루 진 것을 확인할 수 있다. 2000년에 북문과 동장대 사 이 구간의 보수를 끝으로 본성을 구성하는 대부분의 여장에 대한 보수는 마무리된 것으로 판단된다.

남한산성 여장에서 높은 빈도의 보수 횟수를 나타낸 구간은 연주봉에서 북문까지 구간으로 총 4회의 보수 기록을 확인할 수 있다. 북문에서 연주봉 방향의 일부 구간은 총 5회의 보수가 수행된 부분도 있다. 다음으 로 보수가 수행된 구간은 서문에서 연주봉 방향의 일 부구간으로 총 3회의 보수가 이루어졌다. 이외의 지역 은 대부분 2회의 보수가 이루진 것을 확인할 수 있다. 2000년 이후 가장 최근인 2009년에 보수가 이루어지는 구간은 연주봉에서 북문간이다. 동장대에서 북문방향 의 일부구간과 제 2옹성에서 제 3옹성으로 이어지는 구간은 2005∼2007년에 보수가 있었다.

보수 빈도가 가장 높은 연주봉에서 북문간은 1981년 보수 이후 약 6년을 주기로 1987년과 1992년에 보수가 이어졌으며, 17년 후인 2009년에 이 구간의 대부분이 다시 보수되었다. 다음으로 총 3회의 보수기록이 확인 되는 서문에서 연주봉 구간의 보수는 각각 9년과 17년 의 차이를 두고 있다. 1975년에 최초로 보수된 서문과 수어장대 구간은 19년 후에 재보수가 이루어졌으며, 반 면 1990년대 보수구간을 살펴보면 대부분 15∼17년 간 격으로 재보수가 실시된 것을 확인할 수 있다. 이와 반 대하여 최초 보수이후 재보수가 발생하지 않은 지역은 산성터널 상부에서 남문을 거쳐 제 1옹성 전까지 구간 으로 1987∼1989년에 보수가 완료된 후 현재까지 약 23년간 유지하고 있다. 이러한 보수 횟수와 시기는 당 시의 상황에 따라 보수시기와 범위에서 변수가 발생될 수 있는 점을 감안해서 안정성을 판단해야 할 것이다.

남한산성의 지형과 보수 횟수를 통하여 앞서 기술한 보수빈도가 높은 지역들이 남한산성의 어느 지점인지 를 확인할 수 있다. 높은 빈도를 나타낸 서문과 수어 장대 구간은 해발 약 450m를 내외하는 능선이다. 다음 으로 북문에서 동장대로 향하는 구간에 보수빈도가 높 게 나타나며 이 지역의 높이는 해발 약 400m의 능선 지역이다. 다음으로 나타나는 보수빈도는 장경사신지 옹성에서 장경사 앞으로 이어지는 구간으로 이 지역의 높이는 해발 약 350m이다. 장경사지신지 옹성에서 장 경사에 이르는 구간은 경사가 심한 부분이며, 서문과 수어장대 구간과 북문에서 동장대로 향하는 구간은 해 발고도가 다른 지역에 비하여 높으나 완만한 경사를 나타내는 지형이며, 동장대가 가장 높으면서 보수빈도 가 낮은 점은 원형보존구간이 지정되었기 때문이다.

보수 횟수를 나타낸 그래프로 보수가 이루어지 않은 구간을 중심으로 파손손상이 나타나는 점을 확인할 수 있다. 또한 파손손상도에서는 북문에서 동장대 방향으 로 파손손상이 나타났으며 보수빈도에서도 이 주변은 3회의 보수가 있었으므로 안정성이 낮은 부분이라고 평가할 수 있다. 이와 같이 보수빈도와 파손손상은 서 로 관련성을 나타내어 이번 연구에서 조사된 손상요인 별 면적을 총합하여 점유율을 산출하고 보수빈도는 최 고 4회, 최저 1회로 하여 백분율을 산출한 후 이를 총 합된 점유율에 가산하여 풍화도등급 산정을 위한 백분 율을 구하였다. 산출된 풍화도등급 백분율을 이용해 20% 단위로 등급단계를 나누어 5등급을 적용하였다. 산출과정은 다음과 같다.

단위여장의 손상요인을 총합한 점유율을 이용하여 작성한 그래프로 단위여장에 손상점유율 높은 구간은 서문 주변부터 북문을 지나는 부분이며 50% 이상을 나타내었다. 장경사지신지 옹성에서 장경사지역 여장 의 손상점유율이 다음으로 순서하고 4∼50%의 범위이 다. 동문에서 제 3옹성까지 손상점유율이 다소 높아지 는 현상이 나타나고 3∼40%의 범위이다. 선수봉 주변 의 여장에서 나타나는 손상점유율은 3∼40%의 범위이 다. 이 그래프에 나타난 손상점유율이 평균이상을 나 타내는 지역의 여장은 안정성이 낮은 여장으로 평가할 수 있다. 붕괴의 위험성은 낮다고 추측되나 여장의 많 은 부위가 손상된 것을 의미하고 있다. 한편 옥정사지 북편에서 동장대까지 남문에서 제 1옹성까지는 손상점 유율이 낮게 나타나 안정성이 높다고 판단할 수 있으 나 최근에 보수된 지역임을 감안해야 한다. Fig.7

산출된 종합점유율에 보수빈도율을 가산하여 도식화 한 후 비교하였다. 앞서 기술한 바와 같이 풍화단계를 5등급으로 구분하였으나 3등급까지만 나타났다. 가장 낮은 풍화등급을 나타낸 구간은 서문주변에서 북문을 지난 주변이며 풍화 3등급을 나타내고 있다. 장경사신 지옹성 주변지역은 풍화 3등급과 2등급이 혼재한다. 장 경사지역 구간은 풍화 2등급을 나타내고 있으며 동문에 서 선수봉 지역까지 풍화 2등급이 점점이 나타나 있다.

3-2.축성재료의 손상원인 비파괴 분석

여장의 현재 손상현상이 수분과 관련성이 높을 것으 로 예측되어 여장의 수분량을 측정하여 수분량에 따른 손상현상을 자료로 제시하고, 여장의 손상원인에 대한 종합적인 분석을 위하여 축성재료의 현재 상태에 대하 여 손상도 조사과정에 전돌과 줄눈에 대한 강도, 수분 량, 초음파전달속도, 열적외선화상조사를 수행하였다.

단위여장의 축성재료에 대한 현장물성조사는 전돌과 줄눈 및 벽체를 대상으로 수행하였다. 전돌의 물성조 사에서 최근전돌은 K사기와 제작(2000년 이후)의 2종 전돌이며 근래전돌은 U사공장 제작(1980년대와 1996 년대)의 2종 전돌이고 원형전돌은 옛전돌을 말한다.

물질의 균질성을 분석할 수 있는 초음파전달속도 (m/sec)는 최근전돌의 경우 800∼4300m/sec이고 근래 전돌은 600∼2100m/sec이며 옛전돌은 521∼905m/sec 을 나타내었다. 초음파전달속도는 전돌의 밀도를 반영 한 결과이며 전돌의 강도를 암시하는 자료이다. 따라 서 초음파속도를 통해서 최근전돌이 가장 균질하고 다 음으로 근래전돌, 옛전돌 순으로 균질하게 나타났다. 전돌의 반발도에 의한 강도값을 제시하기 용이한 락- 테스트해머로 구한 전돌의 강도(㎏/㎠)는 600∼1300㎏/ ㎠의 범위이며, 근래전돌은 110∼1400㎏/㎠이고 옛전돌 은 120∼980㎏/㎠을 나타내었다. 콘크리트테스트해머 는 반발경도에 의한 강도를 암시하는 자료로서 최근전 돌은 88∼123㎏/㎠범위이고 근래전돌은 70∼112㎏/㎠ 이며 옛전돌은 35∼73㎏/㎠을 나타내었다. 이와 같은 결과는 최근전돌의 강도가 가장 우수하고 다음으로 근 래전돌, 옛전돌로 순서한 것이다. 이 연구에서 주요 손 상요소로 제시한 수분량은 최근전돌의 경우 1.6∼3.8% 범위이고 근래전돌은 3.1∼6.8%이며 옛전돌의 경우는 1.8∼5.3%을 나타내었다. 수분량에서는 최근전돌이 가 장 낮고 다음으로 옛전돌, 근래전돌로 순서하였다.

줄눈과 벽체의 물성조사 결과를 살펴보면 사춤재 중 신재는 2000년 이후 최근 보수이며 구재는 2000년 이 전에 사용된 것이다. 최근줄눈의 초음파속도는 1300∼ 2972m/sec이며 근래줄눈은 352∼849m/sec를 나타내었 다. 한편 수직으로 측정한 초음파속도 결과가 수평으 로 측정한 값에 비하여 속도가 반감하는 현상을 파악 할 수 있다. 이는 전돌과 줄눈, 사춤재의 밀착과 관련 한 현상으로 초음파속도가 수평에 비하여 수직에서 감 소한 경향이 높은 점은 수직방향으로 전돌과 줄눈 사 이에 공간이 발생한 경우로 추측된다. 강도에서는 최 근줄눈의 경우 550∼980m/sec의 범위이며, 근래줄눈은 520∼1000m/sec을 나타내었다. 최근줄눈의 강도보다 근래줄눈의 강도가 높게 나타나고 있음을 알 수 있다. 줄눈의 양생상태를 반영한 결과로 해석할 수 있으며, 근래줄눈의 경우 양생기간이 오래되어 강도가 높게 나 타났다고 판단된다. 그러나 경도에서는 최근줄눈의 경 우에 124∼160m/sec의 범위이며 근래줄눈에서는 70∼ 125m/sec로 낮은 값이 나타나 입도를 반영한 결과로 근래줄눈의 입자와 공극 많음을 예시한다.

줄눈의 수분량은 최근줄눈의 경우 3.3∼6.7%이며 근 래줄눈은 1.8∼4.8%의 범위를 나타내었다. 근래줄눈에서 수분량이 최근줄눈에 비하여 상대적으로 낮게 나타났다. 단위여장의 물성변화를 분석하기 위하여 보수를 통해 복원된 여장은 신축으로 구분하고 과거의 형상이 보존 된 여장은 구축으로 구분하여 초음파속도의 측정 횟수 를 늘려 조사하였다. 성벽에 대하여 수직으로 측정한 초 음파속도는 수평에 비하여 수직이 낮은 값을 나타내었 다. 수직으로 측정한 구축의 초음파속도 범위는 101.0∼ 383.0m/sec이며 평균이 180.9m/sec이고, 신축의 초음파 속도 범위는 97.0∼401.0m/sec이며 평균은 194.6m/sec으 로 신축의 초음파속도가 약간 높게 나타났다. 구축의 초 음파속도 변화는 부분적으로 속도가 빠른 부분이 나타 나고 있으며 신축의 경우에는 중앙부에서 속도가 빠르 게 나타났다. 속도가 빠르게 나타난 부위는 전돌과 줄눈 의 밀착도 및 재질의 입도와 관련하므로 구축과 신축을 비교하면 신축의 안정성이 다소 높다고 인정된다. Fig.8

여장의 지역적 수분량 차이를 분석하기 위하여 총 132개의 여장의 수분량을 측정하여 제시하였다. 단위여 장에서는 상중하와 좌중우로 구분하여 한 개의 여장에 서 총 9지점을 측정하였다. 각각의 측면별 수분량은 서 측면의 수분량 평균은 3.1∼4.7% 범위이고 남측면의 수분량 평균은 4.6∼5.5%이며, 북측면의 수분량 평균은 3.7∼5.5%이고 동측면의 수분량 평균은 4.1∼6.6%의 범 위를 나타내었다. 측면별 수분량은 서측면이 상대적으 로 가장 낮고 다음으로 북측면이며 남측면과 동측면으 로 순서하였다. 서측면은 현상보존구역이 많은 지역이 며 동측은 최근 보수가 많이 이루어진 지역이다.

여장의 수분량 분포에 대해서도 설퍼프로그램을 이용 해 그래프를 작성하여 분석한 결과, 연주봉 부근과 선수 봉 남측 및 장경사신지옹성에서 장경사에 이르는 경사 지 여장에 수분량이 다른 지역보다 높게 나타났다. 수분 량이 낮게 나타난 옥정사지 부근과 동문에서 제 1옹성 까지는 대부분 최근에 보수정비된 부분이다. 이 지점들 을 앞서 제시한 파손손상도와 비교하면 동장대에서 장 경사에 이르는 경사지 구간의 파손손상이 나타나는 점 과 유사성이 있으며 물리적 손상도와 비교하면 물리적 손상의 요인으로 신축으로 보수된 연주봉을 제외하고 나머지 지점은 수분량이 관계하고 있다는 점을 파악할 수 있다. 또한 수분량과 지형을 비교하면 수분량이 높은 부분은 대부분 해발 약 450m 지역으로 상대적으로 낮은 지점과 수분량 차이가 나타나는 특징을 살펴볼 수 있다. Fig.9

단위여장의 수분량 변화를 분석하기 위하여 보수를 통해 복원된 여장은 신축으로 구분하고 과거의 형상으 로 보존된 여장은 구축으로 구분하여 수분량을 비교분 석하였다. 신축과 구축의 수분량 측정결과는 인접한 여장이면서도 구축의 수분량 범위는 1.8∼7.3%이고 평 균은 5.1%이며, 신축의 수분량 범위는 1.3∼11.7%이고 평균은 5.8%로 신축의 수분량이 구축과 비교하여 다 소 높게 나타났다. 또한 구축의 수분량은 여장 중하부 와 비교하여 상대적으로 상부의 수분량이 낮은 경향을 나타내고 있다. 이에 비하여 신축의 수분량은 여장 중 하부와 비교하여 상대적으로 상부의 수분량이 높은 경 향을 나타내고 있다. 이점은 앞서 살펴본 여장의 손상 현황에서 여장 상부의 줄눈이 파손되는 현상과 수분량 이 밀접하게 관련된 현상이라고 판단된다. Fig.10

열화상 촬영을 통하여 여장의 표면온도가 부분별로 어떠한 차이를 나타내는지 확인할 수 있다. 이는 물성 차이에 따른 열흡수 속도의 차이로 인해 발생되는 온 도차와 재질의 물성상태를 반영한다. 이를 바탕으로 여장의 손상원인에 대하여 조사를 실시하였다. Fig.11

열화상카메라 촬영을 통하여 열분포를 확인한 결과 신축이 약 2℃ 가량 구축보다 높게 나타났다. 이는 신 축보다 구축의 내부 수분이 빨리 증발되면서 온도가 낮아진 결과로 해석할 수 있다. 10월 중순 12시경에는 여장의 온도분포가 16∼20℃의 분포가 나타났으며 옥 개석부분이 가장 온도가 높았다. 이는 태양복사열을 가장 직접적으로 받는 부분으로써 열적변화가 가장 심 할 것으로 판단된다. 줄눈의 경우 전돌보다 약 1℃정 도 낮은 표면온도가 관찰되었다.

3-3.남한산성 여장 미기상환경 조사

(1)방위별 동결융해 작용구간 평가

남한산성의 주 풍화훼손 요인으로는 겨울철 진행되 는 수분의 동결융해에 의한 동파이다. 동결융해작용의 경우 수분이 영하점으로 내려갔을 때 동결이 진행되면 서 부피팽창압에 의한 동파가 이루어지기 때문에 동파 는 영상의 기온과 영하의 기온이 반복되는 구간에서 발생한다. 동결융해작용의 경우 가장 추운지역보다는 영상과 영하기온 반복구간이 많은 지역에서 활발히 진 행되며 남한산성 지역적 미기상환경 특성을 분석하여 동파위험지역에 대한 분류를 하고자한다. 동결융해의 작용구간에 대한 정의로 영하 4℃를 경험한 구간이 영 상 4℃를 경험한 구간을 1회로 산정하였다.

남한산성의 동결융해 작용은 11월부터 3월까지 지속 적으로 발생한다. 10월과 4월에는 영하 4℃를 경험하 는 구간은 나타나지는 않지만 새벽에 영하에 기온이 나타나기 때문에 동결에 의한 여장훼손이 발생할 수 있다. 따라서 10월과 4월에도 동파가 발생했는지 주의 깊게 관찰하여야 한다. 2012년 9월부터 2014년 12월까 지 가장 동결융해에 의한 동파가 많이 이루어진 구간 은 동문쪽인 동쪽구간으로 나타났다. 2012년에는 서문 과 동장대터가 비교적 많은 동결융해 작용이 발생하였 으며, 2013년에는 남문이 가장 많은 동결융해 작용이 발생하였다. 2014년에는 동문이 비교적 많은 차이로 동결융해 작용이 발생하였다. 계측기간 중 가장 많은 동파가 발생한 기간은 2013년 3월이며 다음으로 2014 년 1월로 나타났다.

남한산성의 동결융해 작용은 측정위치별 작용 횟수 에서 차이가 나타나며 이는 추운지점에서 많이 발생하 기 보다는 영상과 영하의 기온의 차이가 심하여 일교 차가 큰 기간에 중점적으로 발생하는 것을 확인하였 다. 따라서 영하의 추운날씨가 유지되다가 날씨가 풀 리는 기간에 동파를 확인할 수 있기 때문에 해당 시기 에 동파유무 관찰과 긴급보수를 통한 여장관리를 실시 하여야 한다. Fig.12

(2)각 방위별 기상환경 평가

남한산성 여장에 대한 미기상환경을 각각 4개의 지 점에서 측정한 결과에 기초하여 남한산성 여장의 미기 상환경의 특성에 대해서 연구하였다. 동결팽창으로 인 한 풍화가 발생할 수 있는 기간으로는 10월부터 4월까 지로 나타났으며, 이 기간에는 최저온도가 영하의 온 도로 측정되었으며, 가장 낮은 온도가 측정된 기간은 12월 중순에 평균 영하 10.3℃로 나타났다. 평균 온도 가 높게 나타난 기간은 7월로 나타났으며, 최고 온도 가 측정된 기간은 평균 28℃가 측정된 8월 중순으로 나타났다. 하루 중 가장 높은 온도와 가장 낮은 온도 의 차이가 가장 큰 경우는 5월로 약 10.6℃까지 편차 가 발생하였다.

습도의 경우 계절 중 봄인 3월에 64.4%로 가장 낮 게 나타났으며, 가장 높은 습도인 94.9%가 측정된 기 간은 여름인 7월로 나타났다. 연 평균습도는 75.4%로 지형적 특성 때문에 경기도 광주시보다 높게 나타났 다. 풍속의 경우 가을 말 11월부터 봄인 4월까지 다른 달에 비하여 두 배 이상 바람이 불었으며 11월에는 북 서계절풍의 영향으로 10.93m/s로 최대풍속이 측정되었 다. 강수량의 경우 7월, 9월에 집중되었으며 겨울인 12 월∼1월에 가장 적게 측정되었다.

남한산성의 미기상환경 측정 결과에 기초하여 계절 별 특성을 조사한 결과, 봄철에는 3월에도 영하의 기 온이 나타나다가 5월로 넘어가면서 급격한 온도상승이 나타난다. 봄 초에 가장 낮은 습도가 나타나며 점차 습도가 상승하게 된다. 4월까지 바람이 강하게 불다가 5월에 들어서면서 풍속이 급격히 감소한다. 강수량의 경우 4∼5월에 집중되어 나타났다. 여름철에는 온도가 점차적으로 상승하였으며 8월에 가장 높은 온도가 측 정되었다. 7월과 8월에 집중된 비에 의하여 습도가 가 장 높게 나타났으며, 바람의 경우 여름 초부터 약하게 불기 시작하여 점차적으로 바람의 세기가 증가하다가 감소하였다. 가을철에는 11월에 들어서면서 급격한 온 도 감소가 나타나며 습도 또한 점차적으로 낮아지는 경향이 나타나며, 11월에 처음 온도가 영하로 내려간 다. 가을철 바람의 경우 11월에 들어서면서 급격하게 세지고 11월에 연중 가장 강한 바람의 세기가 측정된 다. 강수량의 경우 가을 초에 연중 가장 많은 강수량 이 나타나고 10월에 들어서면서 급격한 감소가 나타난 다. 겨울철에는 겨울 초 12월에 급격히 온도가 떨어져 연중 평균 온도가 가장 낮게 나타나며 점차적으로 기 온이 상승하였다. 습도의 경우 1∼2월에 들어서면서 60%대로 떨어지기 시작한다. 바람의 경우 겨울철에는 지속적으로 강한 바람이 불며, 강수량의 경우 겨울 초 에 연중 평균 강수량이 가장 낮게 나타났다. 2월에 들 어서면서 강수량의 증가가 나타났다.

(3)측정지점별 미기상환경 특성

측정지점별 미기상환경 특성에 대해서 조사하였다. 측정지점의 지리적 특성에 따라서 미기상환경도 다양 하게 측정되었다. 동문의 경우 7월에 월평균 온도가 23℃로 측정되어 여름철에 다른 측정지점보다 더운 것 으로 나타났다. 12월에 월평균 온도가 -6.8℃로 겨울철 에 가장 추운 지점은 동장대터로 나타났다. 연 평균온 도의 경우 동문과 남문이 각각 7.8℃, 7.9℃로 서문, 동 장대터보다 약 0.25℃ 가량 높게 나타났다. 이는 서문 과 동장대터보다 남쪽에 위치하고 고도가 약 100m정 도 낮은 곳에 위치하여 온도가 높게 나타나는 것으로 판단된다.

습도의 경우 서문이 연평균 습도가 76.1%로 가장 높게 나타났으며 그 다음으로 남문이 높게 나타난다. 이는 강수량과 상관관계를 보여준다. 누적강수량을 살 펴보면 서문과 남문이 1400∼1500mm의 강수량이 측 정되어 동문과 동장대터에 비하여 약 500∼1000mm의 강수량 차이가 나타났다. 이는 휀현상의 영향으로 서 쪽지역이 강수량이 높게 나타나고 습도 또한 높게 나 타나는 것으로 판단된다.

남한산성의 풍향 풍속은 측정지점의 위치에 따라 매 우 다양하게 나타났다. 전체적으로 우리나라는 계절풍 의 영향을 받아 겨울에는 북서풍, 여름에는 남동풍이 불어야 하지만 남한산성의 미기상환경은 계곡의 영향을 받아서 지점별 특성이 나타난다. 동문의 경우 계곡의 영향으로 북서풍이 주를 이루며, 서문의 경우는 서풍, 남문의 경우는 남서풍, 동장대터의 경우는 북서풍이 주 를 이루었다. 동문과 동장대터가 다른 지점보다 약 2배 정도 빠른 평균풍속이 측정되었으며, 최대풍속의 경우 9월에 남문에서 15.6m/s로 강한 바람이 불었다. Fig.13, 14, 15, 16, 17

4.고찰 및 결론

남한산성 여장의 전돌과 사춤재 손상원인에 대한 연 구를 위하여 전수조사를 실시하고 이를 분석한 결과, 각 각의 손상요인이 있었지만 그중에서도 수분침투에 의한 동파현상이 가장 큰 손상요인으로 나타났다. 또한 최근 에 보수된 구간에서는 속채움 사춤재를 황토로 채워 넣 었으며 외부 겉면만 줄눈바름을 실시하였는데, 내부 속 채움 사춤재의 수분흡수에 따른 동결팽창에 의한 줄눈 탈락이 주된 손상요인으로 관측되었다.

전체적으로 현장조사 결과를 바탕으로 남한산성의 풍 화단계를 평가하기 위하여 5등급으로 구분하였으며, 남 한산성의 경우 3등급까지만 나타났다. 특히 가장 낮은 풍화등급을 나타낸 구간은 서문주변에서 북문을 지난 주변이며 풍화 3등급을 나타내고 있다. 장경사신지옹성 주변지역은 풍화 3등급과 2등급이 혼재한다. 장경사지역 구간은 풍화 2등급을 나타내고 있으며 동문에서 선수봉 지역까지 풍화 2등급이 점점이 나타나고 있다. 전체적으 로 보수가 많이 이루어져 있으며, 이를 반영한 풍화 등 급을 정하였지만 보수된 여장도 손상된 경우가 많았다.

단위여장의 축성재료에 대한 비파괴 물성조사는 전돌 과 사춤재 및 벽체를 대상으로 수행한 결과, 최근전돌의 강도가 가장 우수하고 다음으로 근래전돌, 옛전돌 순으로 나타났다. 수분량에서는 최근전돌이 가장 낮고 다음으로 옛전돌이며 근래전돌 순으로 결과값을 가진다. 여기서 근 래전돌의 경우 다소 높은 수분량을 나타낸 점은 근래전돌 의 흡수율이 높다는 점을 반영한 결과로서 다량의 수분이 공급될 경우 동절기 동파될 수 가능성을 예측할 수 있다.

사춤재의 균질성과 밀도를 반영한 초음파속도는 최근 사춤재가 근래사춤재에 비하여 월등한데 이는 사춤재의 혼합비율의 차이를 나타낸 결과로서 최근사춤재가 세립 질 입자이며 공극이 작고 근래사춤재는 조립질 입자와 공극이 많음을 의미한다. 사춤재의 수분량은 근래사춤재 가 최근사춤재에 비하여 상대적으로 낮게 측정되는데 이는 공극으로 인해 수분의 증발이 용이하였다고 추측 된다. 또한 손상도 측면에서 동측면 여장의 안정성이 낮 다고 판단된 점으로 인해 동절기에 최근사춤재가 동파 되는 결과로 이어질 수 있다고 추정된다. 열화상 촬영을 통하여 여장의 표면온도가 부분별로 어떠한 차이를 나 타내는지 확인할 수 있다. 이는 물성차이에 따른 열흡수 속도의 차이로 인해 발생되는 온도차와 재질의 물성상 태를 반영한 것으로 신축의 수분량은 구축에 비하여 평 균적으로 높게 측정되었으며, 열화상카메라 촬영을 통하 여 열분포를 확인한 결과 신축이 약 2℃가량 구축보다 높게 나타났다. 이는 신축보다 구축의 내부 수분이 빨리 증발되면서 온도가 낮아진 결과로 해석할 수 있으며, 물 성차이로 인하여 풍화양상이 가속될 가능성이 있다.

남한산성 여장에 대한 미기상환경을 각각 4개의 지점 에서 측정한 결과에 기초하여 월별 평균 기상환경을 분 석하였다. 남한산성은 지리적 특성에 의해서 각 방위별 로 매우 상이한 기상환경이 관측되며 평지보다는 저온 과 고습의 환경이 나타나 혹한의 환경으로 관측된다. 남 한산성은 규모가 크고 관리의 어려움이 있기 때문에 각 각 방위별 기상환경과 위험요소 분석함으로써 예방관리 를 위한 기초자료가 마련될 수 있을 것으로 판단된다.