Ocena stateczności konstrukcyjnej metodą MES tuneli Serapeum pod Kolumną Pompejusza z wykorzystaniem modelowania interakcji grunt–struktura

Ukryte tunele pod słynną kolumną

W sercu Aleksandrii jedna wysoka granitowa kolumna znana jako Kolumna Pompejusza wznosi się ponad ruinami starożytnej świątyni. Niewielu odwiedzających zdaje sobie sprawę, że bezpośrednio pod nią rozciąga się delikatna sieć greckich tuneli i „filia” biblioteki wykuta w miękkiej, łatwo niszczącej się skale. Badanie to wykorzystuje zaawansowane symulacje komputerowe i badania skał, aby postawić proste, lecz pilne pytanie: jak długo ten podziemny świat będzie w stanie bezpiecznie podtrzymywać masywny pomnik ponad nim, zwłaszcza gdy zmiany klimatu przynoszą bardziej intensywne opady i podnoszący się poziom morza?

Starożytny monument w kruchej scenerii

Badania koncentrują się na tunelach Serapeum i powiązanych przestrzeniach podziemnych biegnących pod Kolumną Pompejusza, 285-tonową kolumną z twardego kamienia z Asuanu. Tunele wyciosano w miękkiej, porowatej skale przypominającej wapieniec zwanej kalkarenitem, która jest znacznie słabsza niż sama kolumna. Przez wieki wiatr, sól, wilgoć i reakcje chemiczne powoli nadgryzały tę skałę. Dziś silniejsze burze, gwałtowne spływy oraz podwyższony poziom wód gruntowych związany ze zmianami klimatu przyspieszają ten proces. To połączenie — ogromna kamienna kolumna spoczywająca na starzejących się, osłabionych tunelach — czyni to miejsce idealnym polem do testowania nowoczesnych narzędzi oceny ryzyka bez niszczenia archeologii.

Odczytywanie podłoża bez dotykania go

Ponieważ wiercenia i intensywne badania w takim miejscu dziedzictwa muszą być ograniczone, autor zebrał obraz warstw podpowierzchniowych na podstawie istniejących map, wcześniejszych badań terenowych i próbek skalnych pobranych z rejonu. W laboratorium zmierzono wytrzymałość i odkształcalność zarówno miękkiego kalkarenitu, jak i twardego granitu, w tym podatność na pękanie przy ściskaniu i ścinaniu. Te pomiary zostały wprowadzone do dwuwymiarowego modelu komputerowego stworzonego w specjalistycznym oprogramowaniu geotechnicznym. W tym wirtualnym przekroju odwzorowano kolumnę, jej fundament, tunele i gruby blok otaczającego gruntu, aby móc zastosować siły grawitacji, ciężar kolumny, a nawet uproszczone oddziaływania sejsmiczne i szczegółowo śledzić ich skutki.

Śledzenie naprężeń, odkształceń i drobnych przemieszczeń

Symulacja pokazuje, gdzie siły koncentrują się wokół tuneli, gdy grunt przenosi obciążenie kolumny. Najwyższe siły przypominające zgniatanie pojawiają się na ostrych narożnikach sklepienia tuneli bezpośrednio pod kolumną — dokładnie tam, gdzie skała jest już najsłabsza i najbardziej zweatherowana. W tym miejscu materiał pracuje przy około dwóch trzecich wytrzymałości zmierzonej w laboratorium, a model ujawnia małe strefy, w których materiał już uległ uplastycznieniu i zachowuje się bardziej jak tworzywo plastyczne niż sprężyste. Tymczasem głębiej, pomiędzy tunelami, skała jest ściskana ze wszystkich stron, tworząc silny efekt „zaciskania”, który faktycznie pomaga utrzymać całość. Co zaskakujące, całkowite pionowe osiadanie kolumny przewidziane przez model jest mniejsze niż milimetr — znacznie poniżej poziomów zwykle niepokojących inżynierów.

Stabilne na razie, ale z wąskim marginesem bezpieczeństwa

Aby ocenić ogólną stabilność, badanie oblicza wskaźnik bezpieczeństwa — stosunek bieżącej wytrzymałości skały do wytrzymałości, przy której rozpoczęłoby się zawalenie. Wartość około 1,55 sugeruje, że przy dzisiejszych obciążeniach statycznych tunele znajdują się tuż powyżej powszechnie przyjętej granicy bezpieczeństwa. Ten margines jest jednak cienki w odniesieniu do zabytku o takiej wartości kulturowej, zwłaszcza że miękka skała nadal słabnie na skutek wilgoci, soli i zmian temperatury. Te same gorące punkty wskazane w modelu — sklepienia i naroża tuneli — to dokładnie miejsca, w których dalsze utraty wytrzymałości lub wstrząsy sejsmiczne mogłyby pchnąć system w stronę awarii.

Od symulacji do planów ochrony

Badanie dochodzi do wniosku, że tunele Serapeum pod Kolumną Pompejusza nie stoją na progu gwałtownego zawalenia, lecz żyją w delikatnej równowadze. Długotrwałe wietrzenie i powodzie napędzane klimatem stopniowo erodują naturalne podparcie, kurcząc z czasem margines bezpieczeństwa. Autor argumentuje, że konserwacja powinna skupić się na odprowadzaniu wody, ścisłym monitoringu obciążonych stref tuneli oraz planowaniu łagodnego, odwracalnego wzmocnienia tam, gdzie to konieczne. Przekształcając złożone badania skalne i modele komputerowe w praktyczne progi działania, praca ta oferuje drogowskaz ochrony nie tylko tego ikonicznego zabytku Aleksandrii, lecz także innych podziemnych miejsc dziedzictwa ukrytych pod historycznymi monumentami na całym świecie.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: Kolumna Pompejusza, dziedzictwo podziemne, stabilność tuneli, wpływ zmian klimatu, modelowanie geotechniczne