De Grote Piramide van Gizeh in Egypte bestaat al meer dan 4500 jaar. Bij veel sterke aardbevingen werd alleen de buitenste stenen bekleding beschadigd, terwijl de hoofdstructuur vrijwel intact was. Dit heeft op lange termijn academische aandacht getrokken voor het mysterie van de aardbevingsbestendigheid. Een nieuwe studie door de Egyptische geofysicus Asem Salama en collega's onthult een deel van het dynamische gedrag van de piramide onder aardbevingen door de trillingseigenschappen ervan in omgevingsgeluid te meten, en stelt voor dat een "mismatch in natuurlijke frequenties" een van de belangrijke factoren kan zijn voor het voortbestaan ​​​​van de piramide op de lange termijn.

Het onderzoeksteam testte de kleine trillingen van de piramide in de natuurlijke omgeving zonder externe kracht uit te oefenen, en ontdekte dat de "natuurlijke frequentie" (dat wil zeggen de frequentie waarbij de structuur "de voorkeur geeft aan" trillingen) voornamelijk geconcentreerd is tussen ongeveer 2,0 en 2,6 Hz, terwijl de dominante frequentie van de funderingsgrondlaag waar deze zich bevindt ongeveer 0,6 Hz is. Er is een aanzienlijk verschil tussen de twee. De onderzoekers wezen erop dat deze "frequentiemismatch" het voor seismische golven moeilijk kan maken om effectieve resonantie te vormen tussen de piramide en de fundering, waardoor de energieoverdracht wordt verzwakt en het structurele versterkingseffect wordt verminderd.

Het artikel gebruikt de analogie van een zwaaiende zwaai: als de duwfrequentie consistent is met het inherente ritme van de zwaai, zal de zwaai snel versterken; anders zal het moeilijk zijn om significante effecten teweeg te brengen. De reactie van gebouwen op aardbevingen is vergelijkbaar. Wanneer de grondtrillingsfrequentie dicht bij de natuurlijke frequentie van het gebouw ligt, is het gemakkelijk om te resoneren en catastrofale schade te veroorzaken. De Grote Piramide van Gizeh heeft een groot frequentieverschil met de funderingsgrond, waardoor dit risico tot op zekere hoogte wordt verkleind.

Uit het onderzoek bleek ook dat relatief lage trillingsniveaus werden gemeten nabij de meerlaagse ‘decompressiekamer’ boven de ‘Koningskamer’ in de piramide. Men denkt dat deze stenen kamers worden gebruikt om het gewicht van de massieve stenen erboven te verspreiden, en de structurele opstelling lijkt het voortplantingspad van trillingsenergie binnen de piramide te hebben beïnvloed, waardoor de trillingen in sommige gebieden zijn verzwakt.

Om deze gegevens te verkrijgen, gebruikte het team de zogenaamde ‘horizontaal-verticale spectrale verhouding’ (HVSR)-methode, die de dominante frequenties van grond en constructies analyseert door extreem kleine trillingen vast te leggen die worden veroorzaakt door wind, verkeer, menselijke activiteiten en natuurlijk seismisch achtergrondgeluid. Omdat de piramides een belangrijk cultureel erfgoed zijn, kunnen ingenieurs niet op grote schaal sensoren boren, laden of inzetten, zoals moderne bruggen of hoge gebouwen. Daarom is HVSR een geschikt hulpmiddel om kritische informatie te verkrijgen zonder de culturele relikwieën te vernietigen.

De onderzoekers hebben in totaal 37 meetpunten binnen en buiten de piramide opgezet, die interne doorgangen, externe stenen en omliggende grondlagen bestrijken om de trillingseigenschappen op verschillende locaties te vergelijken. De auteur benadrukte echter ook dat deze methode alleen de respons onder zwakke omgevingstrillingen kan weerspiegelen en niet direct gelijkwaardig kan zijn aan de daadwerkelijke prestaties onder sterke aardbevingsomstandigheden. Dit laatste kan niet-lineair gedrag veroorzaken, zoals scheuren in stenen, het openen van voegen en het wegglijden van blokken, waardoor de inherente periode van de constructie verandert.

Het artikel herinnert het publiek eraan dat de lange levensduur van de piramides niet simpelweg moet worden beschouwd als een direct bewijs dat “de oude Egyptenaren systematisch aardbevingsbestendige techniek onder de knie hadden”. Modern seismisch ontwerp evalueert de algehele taaiheid in plaats van een enkele frequentieparameter: ingenieurs moeten rekening houden met meerdere factoren, zoals de verwachte aardbevingsintensiteit, de bodemkwaliteit van de locatie, het structurele gewicht en de flexibiliteit, energiedissipatie en vervormingscapaciteit, en de gevolgen van falen.

In de hedendaagse techniekpraktijk kunnen gebouwen, zelfs als er een frequentiemismatch is tussen de fundering en de bovenbouw, nog steeds slecht presteren bij aardbevingen. De werkelijke schade aan sommige gebouwen tijdens de aardbeving met een kracht van 5,8 op de schaal van Richter in 1992 en de aardbeving in Newcastle, Australië in 1989 weerspiegelt deze complexiteit. Voor stenen gebouwen zoals de Grote Piramide zal het scheuren, de dislocatie en de achteruitgang van de stijfheid van de stenen tijdens sterke aardbevingen hun frequentie dynamisch veranderen, waardoor het structurele gedrag moeilijker te voorspellen is.

De auteur trekt ook een analogie uit het geval van 'survivor bias' in de statistieken: als tijdens de Tweede Wereldoorlog de locatieselectie van gevechtsvliegtuigen voor bepantsering alleen gebaseerd was op de verdeling van kogelgaten in het terugkerende vliegtuig, zouden de vliegtuigen die niet terugkeerden omdat ze in belangrijke delen waren neergeschoten, worden genegeerd. Op dezelfde manier zijn oude piramides, aquaducten en tempels die vandaag de dag nog steeds overeind staan, vaak de overlevenden van een groot aantal mislukte experimenten, zwakke fundamenten en gebrekkige gedetailleerde ontwerpen die door de geschiedenis zijn uitgesloten. Daarom kunnen de volledige ontwerpintenties van de Ouden niet alleen uit bestaande voorbeelden worden afgeleid.

Niettemin gelooft de auteur dat het voortbestaan ​​van de Grote Piramide geenszins louter toevallig is, maar een weerspiegeling is van een tamelijk volwassen empirisch technisch oordeel. Vanuit technisch oogpunt heeft het een brede basis, een laag zwaartepunt, een laag-voor-laag vorm, een hoge mate van symmetrie in het vlak, een stevige kalksteenbodem en een continu, dik metselwerkkrachtoverdrachtspad. Het vertoont over het algemeen de kenmerken van een korte, stijve en stabiele vorm, in plaats van een lange, zachte en dunne, kwetsbare vorm.

Het artikel wijst erop dat de veiligste conclusie is dat oude Egyptische bouwers in de praktijk op de lange termijn uitstekende structurele keuzes hebben gemaakt. Deze keuzes kunnen te wijten zijn aan bouwervaring, materiële beperkingen, religieuze en culturele behoeften of symbolische betekenissen, en hun voordelen op het gebied van aardbevingsbestendigheid zijn onbedoeld verkregen 'nevenvoordelen'. Daarom is het voortbestaan ​​van de Grote Piramide noch het resultaat van mysterieuze krachten, noch het bewijs dat oude mensen systematisch aardbevingsbestendig ontwerp in de moderne zin van het woord onder de knie hebben. Dit onderzoek biedt echter nog steeds een belangrijke en bewonderenswaardige empirische basis voor het begrijpen van het structurele gedrag ervan, terwijl het ook een reeks open vragen laat voor verder onderzoek.