FEA-beoordeling van structurele stabiliteit van de oude Serapeum-tunnels onder de zuil van Pompeius met SSI-modellering

Verborgen tunnels onder een beroemde zuil

In het hart van Alexandrië rijst een enkele, hoge granieten zuil, bekend als de Zuijl van Pompeius, boven de resten van een oud heiligdom uit. Weinig bezoekers weten dat er direct onder deze zuil een fijnmazig netwerk van Griekse tunnels en een dochterbibliotheek bestaat, uitgehouwen in een zachte, gemakkelijk te beschadigen steen. Deze studie gebruikt geavanceerde computersimulaties en rotsproeven om een eenvoudige maar urgente vraag te stellen: hoe lang kan deze ondergrondse wereld veilig het enorme monument erboven dragen, vooral nu klimaatverandering meer intense regenval en stijgende zeeën met zich meebrengt?

Een oud monument in een kwetsbare omgeving

Het onderzoek richt zich op de Serapeum-tunnels en de bijbehorende ondergrondse ruimtes die onder de Zuijl van Pompeius lopen, een 285 ton wegende granieten zuil geslagen uit hard Aswan-steen. De tunnels zijn uitgegraven in een zachte, poreuze kalkachtige gesteente, calcareniet genoemd, dat veel zwakker is dan de zuil zelf. Door de eeuwen heen hebben wind, zout, vocht en chemische reacties dit gesteente langzaam aangetast. Vandaag de dag versnellen sterkere stormen, plotselinge overstromingen en een stijgend grondwaterpeil door klimaatverandering deze aantasting. Die combinatie — een enorm stenen zuil die rust op verouderde, verzwakte tunnels — maakt deze locatie bij uitstek geschikt om moderne instrumenten te testen die risico’s kunnen inschatten zonder de archeologie te beschadigen.

De ondergrond lezen zonder deze aan te raken

Aangezien boren en zware proeven op een dergelijk erfgoedterrein beperkt moeten blijven, stelde de auteur een beeld van de ondergrond samen uit bestaande kaarten, eerdere onderzoeken en rotsmonsters uit de omgeving. Laboratoriumproeven bepaalden hoe sterk en vervormbaar zowel het zachte calcareniet als het harde graniet zijn, inclusief hoe makkelijk ze barsten onder compressie of schuifspanning. Deze metingen werden ingevoerd in een tweedimensionaal computermodel gemaakt met gespecialiseerd geotechnisch software. In deze virtuele doorsnede werden de zuil, de fundering, de tunnels en een dik blok omliggend gesteente gereconstrueerd zodat zwaartekracht, het gewicht van de zuil en zelfs eenvoudige aardbevingskrachten konden worden toegepast en hun effecten gedetailleerd gevolgd konden worden.

Spanning, vervorming en kleine bewegingen volgen

De simulatie toont waar krachten zich concentreren rond de tunnels naarmate de ondergrond de last van de zuil draagt. De hoogste drukachtige krachten treden op bij de scherpe hoeken van de tunnelkappen direct onder de zuil — precies waar het gesteente al het zwakst en het meest verweerd is. Hier werkt het gesteente op ongeveer twee derde van de in het laboratorium gemeten sterkte, en het model toont kleine zones waar het materiaal al is toegegeven en zich meer plastisch dan elastisch gedraagt. Toch wordt het gesteente dieper tussen de tunnels van alle kanten samengedrukt, wat een sterk "klemmen"-effect creëert dat het systeem juist helpt samen te houden. Verrassend genoeg is de totale neerwaartse beweging van de zuil die het model voorspelt minder dan een millimeter — ruim onder de niveaus die ingenieurs doorgaans zorgen baren.

Voorlopig stabiel, maar met een smalle veiligheidsmarge

Om de algemene stabiliteit te beoordelen berekent de studie een veiligheidsfactor — een verhouding die de huidige sterkte van het gesteente vergelijkt met de sterkte waarbij instorting zou beginnen. De waarde van ongeveer 1,55 suggereert dat de tunnels onder de huidige statische belastingen net boven de algemeen aanvaarde grens voor veiligheid liggen. Deze marge is echter klein voor een monument van zulke culturele waarde, vooral omdat het zachte gesteente door vocht, zout en temperatuurwisselingen blijft verzwakken. Dezelfde hot spots die het model identificeert — de tunnelkronen en hoeken — zijn precies de plekken waar verdere verzwakking of trillingen door een aardbeving het systeem richting falen zouden kunnen duwen.

Van simulatie naar beschermingsplannen

De studie concludeert dat de Serapeum-tunnels onder de Zuijl van Pompeius niet op het randje van een plotselinge instorting verkeren, maar dat ze in een delicaat evenwicht verkeren. Langdurige verwering en door klimaat aangedreven overstromingen eroderen geleidelijk de natuurlijke steun en verkleinen de veiligheidsmarge in de loop van de tijd. De auteur stelt dat conservering zich moet richten op het buitenhouden van water, het nauwlettend volgen van de belastte tunnelzones en het plannen van voorzichtige, omkeerbare versterkingen waar dat nodig is. Door complexe rotsproeven en computermodellen te vertalen naar praktische drempels voor actie, biedt dit werk een routekaart voor de bescherming, niet alleen van dit iconische Alexandrijnse monument, maar ook van andere ondergrondse erfgoedlocaties die verborgen liggen onder historische monumenten wereldwijd.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: Zuijl van Pompeius, ondergrondse erfgoed, tunnelstabiliteit, effecten van klimaatverandering, geotechnische modellering