FEA-Bewertung der strukturellen Stabilität der antiken Serapeum-Tunnel unter der Säule des Pompeius mittels SSI-Modellierung

Verborgene Tunnel unter einer berühmten Säule

Im Herzen Alexandrias ragt eine einzelne, monolithische Granitsäule, bekannt als Säule des Pompeius, über den Ruinen eines antiken Tempels empor. Nur wenige Besucher wissen, dass direkt darunter ein empfindliches Geflecht griechischer Tunnel und eine Nebenbibliothek liegt, in weichem, leicht beschädigbarem Gestein ausgehauen. Diese Studie nutzt fortgeschrittene Computersimulationen und Gesteinstests, um eine einfache, aber dringliche Frage zu stellen: Wie lange kann diese unterirdische Welt das massive Denkmal darüber sicher tragen, insbesondere da der Klimawandel stärkere Regenfälle und steigende Meeresspiegel bringt?

Ein antikes Monument in einer fragilen Umgebung

Die Forschung konzentriert sich auf die Serapeum-Tunnel und die zugehörigen unterirdischen Räume unter der Säule des Pompeius, einer 285 Tonnen schweren Granitsäule aus hartem Aswan-Stein. Die Tunnel sind in einem weichen, porösen kalkarenitähnlichen Gestein ausgehoben, das deutlich schwächer ist als die Säule selbst. Im Laufe der Jahrhunderte haben Wind, Salz, Feuchtigkeit und chemische Reaktionen dieses Gestein langsam angegriffen. Heute beschleunigen stärkere Stürme, Sturzfluten und ein höherer Grundwasserstand im Zusammenhang mit dem Klimawandel diesen Zerfall. Diese Kombination — eine riesige Steinsäule, die auf alternden, geschwächten Tunneln ruht — macht den Ort zu einem idealen Prüfstand für moderne Werkzeuge, die Risiken bewerten können, ohne die Archäologie zu beschädigen.

Den Untergrund lesen, ohne ihn zu berühren

Da Bohrungen und intensive Tests an einem solchen Kulturerbestandort begrenzt sein müssen, stellte der Autor ein Bild des Untergrunds aus vorhandenen Karten, früheren Untersuchungen und Gesteinsproben aus der Gegend zusammen. Laboruntersuchungen maßen, wie fest und verformbar sowohl das weiche kalkarenitische Gestein als auch der harte Granit sind, einschließlich ihrer Neigung zum Rissbilden unter Druck oder Scherung. Diese Messwerte flossen in ein zweidimensionales Computermodell ein, das mit spezialisierter geotechnischer Software erstellt wurde. In diesem virtuellen Querschnitt wurden die Säule, ihr Fundament, die Tunnel und ein dicker Block des umliegenden Bodens nachgebildet, sodass Schwerkraft, das Gewicht der Säule und sogar einfache Erdbebenkräfte angewandt und ihre Wirkungen detailliert verfolgt werden konnten.

Spannungen, Dehnungen und kleinste Bewegungen verfolgen

Die Simulation zeigt, wo sich Kräfte um die Tunnel konzentrieren, während der Boden die Last der Säule trägt. Die höchsten druckartigen Belastungen treten an den scharfen Kanten der Tunnelgauben direkt unter der Säule auf — genau dort, wo das Gestein bereits am schwächsten und am stärksten verwittert ist. Hier arbeitet das Gestein bei etwa zwei Dritteln der im Labor gemessenen Festigkeit, und das Modell zeigt kleine Zonen, in denen das Material bereits plastisch gezeichnet ist und sich eher plastisch als elastisch verhält. Zugleich wird zwischen den Tunneln das Gestein von allen Seiten zusammengedrückt, wodurch ein starkes „Klemm“-Effekt entsteht, das das System tatsächlich zusammenhält. Überraschenderweise ist die vom Modell vorhergesagte Gesamtabsenkung der Säule kleiner als ein Millimeter — weit unterhalb der Werte, die üblicherweise Ingenieure beunruhigen würden.

Vorerst stabil, aber mit geringem Sicherheitsabstand

Um die Gesamtstabilität zu bewerten, berechnet die Studie einen Sicherheitsfaktor — das Verhältnis der aktuellen Festigkeit des Gesteins zur Festigkeit, bei der ein Einsturz beginnen würde. Der Wert von etwa 1,55 deutet darauf hin, dass die Tunnel unter den heutigen statischen Lasten knapp über der allgemein akzeptierten Sicherheitsgrenze liegen. Dieser Puffer ist jedoch für ein Denkmal von solchem kulturellem Wert dünn, zumal das weiche Gestein durch Feuchtigkeit, Salz und Temperaturschwankungen weiter an Festigkeit verliert. Dieselben im Modell identifizierten kritischen Bereiche — die Tunnelkronen und -ecken — sind genau die Stellen, an denen zusätzlicher Festigkeitsverlust oder Erschütterungen durch ein Erdbeben das System in Richtung Versagen treiben könnten.

Von der Simulation zu Schutzplänen

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Serapeum-Tunnel unter der Säule des Pompeius nicht am Rande eines plötzlichen Einsturzes stehen, sich aber in einem empfindlichen Gleichgewicht befinden. Langfristige Witterungseinflüsse und klimabedingte Überschwemmungen erodieren die natürliche Unterstützung langsam und verringern im Laufe der Zeit den Sicherheitsabstand. Der Autor empfiehlt, die Konservierung auf das Fernhalten von Wasser, die enge Überwachung der belasteten Tunnelzonen und die Planung schonender, reversibler Verstärkungsmaßnahmen zu konzentrieren, wo nötig. Indem komplexe Gesteinstests und Computermodelle in praktische Handlungsgrenzen übersetzt werden, bietet diese Arbeit eine Leitlinie zum Schutz nicht nur dieses ikonischen alexandrinischen Wahrzeichens, sondern auch anderer unterirdischer Kulturerbestätten unter historischen Monumenten weltweit.

Zitation: Hemeda, S. FEA structural stability assessment of the ancient Serapeum tunnels beneath Pompey’s Pillar using SSI modelling. npj Herit. Sci. 14, 294 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02506-7

Schlüsselwörter: Säule des Pompeius, unterirdisches Kulturerbe, Tunnelstabilität, Auswirkungen des Klimawandels, geotechnische Modellierung