Characterization of natural and consolidated stones from Jordan with non-destructive ultrasonic technique and physico-mechanical methods - Ahmad, Abdelraheem (Technische Universität Dortmund, 2012)
The purpose of this dissertation was to investigate different stone samples (limestone, basalt and marble) from five important archaeological sites in north and northeast Jordan for the purpose of their conservation. This research focused on the use of non-destructive ultrasonic technique as validated by traditional physico-mechanical methods for the study of the weathering of the selected stones and their durability and the evaluation of the effectiveness of consolidation treatments. The selected stones were characterized and the changes in their properties after artificial weathering and consolidation were studied. It was found that the susceptibility of the studied stone samples to salt damage is determined by their petrophysical rather than mechanical properties. In terms of loss of stone material, the damage induced by the crystallization of salt in the stones seems to be dependent on their proportion of micropores and free porosity. Durability estimators for the evaluation of the weathering resistance of stone were consequently developed. The study provided additional evidence that ultrasonic technique is an effective method for estimating the degree of cracking and evaluating the effectiveness of stone consolidation treatments. Ultrasonic velocity seemed to correlate well with the degree of cracking in the stones. This implies that weathering classification schemes, such as those already existed for marble, based on correlation between ultrasonic velocity and increasing porosity can be developed for the studied stones. However, it is necessary to study these correlations for the particular stones in fresh and different weathering conditions. This dissertation recommends the in situ application of ultrasonic technique for the assessment of the weathering condition of Jordanian archaeological stones and for the evaluation and control of consolidation treatments.

Ziel dieser Dissertation war es zunächst, verschiedene Steinproben (Kalkstein, Basalt und Marmor) von fünf bedeutenden archäologischen Orten des Nordens und Nordosten Jordaniens zu untersuchen und zu charakterisieren. Die Arbeit legt den Fokus auf die Anwendung von zerstörungsfreier Ultraschall-Technik, die mit den traditionellen physikalisch-mechanischen Methoden ergänzt und verglichen wurde, um die Verwitterung der ausgewählten Steine und ihre Dauerhaftigkeit zu studieren und die Wirksamkeit der Steinfestigungsbehandlungen zu evaluieren. Nach der Charakterisierung der ausgewählten Steinproben wurden die Veränderungen ihrer Eigenschaften nach künstlicher Verwitterung beziehungsweise Festigung studiert. Im Ergebnis stellte sich heraus, dass die Anfälligkeit der untersuchten Steinproben gegen Salzverwitterung eher von ihren petro-physikalischen als von ihren mechanischen Eigenschaften abhängig ist. Hinsichtlich des Verlustes von Steinmaterial scheint der entstehende Schaden durch Salzkristallisierung in den Steinen von ihrem Anteile an Mikroporen und ihrer freien Porosität abzuhängen. So werden basierend auf diesen Ergebnissen Dauerhaftigkeitsparameter für die Evaluierung der Verwitterungsresistanz der Steine entwickelt. Die Arbeit ergab einen zusätzlichen Beleg dafür, dass die Ultraschall-Technik eine wirksame Methode zur Einschätzung des Grades von Rissen und der Evaluierung der Wirksamkeit von Steinfestigungsbehandlung ist. Die Ultraschallgeschwindigkeit scheint gut zu korrelieren mit der Rissdichte in den Steinen. Daraus ergibt sich, dass Skalen zur Klassifizierung von Verwitterung, wie sie bereits für Marmor vorhanden sind, basierend auf der Korrelation zwischen Ultraschallgeschwindigkeit und ansteigender Porosität, für die hier untersuchten Steine entwickelt werden können. Jedoch ist es notwendig, diese Korrelationen an bestimmten Steinen in frischem und in unterschiedlichen verwitterten Zuständen zu studieren. Diese Dissertation empfiehlt die Vor-Ort-Anwendung von Ultraschall-Technik für die Bewertung des Verwitterungszustandes archäologischer Steine Jordaniens und für die Evaluierung und Kontrolle ihrer Festigungsbehandlungen.
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