Waarom de piramide van Cheops al duizenden jaren stevig staat

In de wijde omgeving van Gizeh hebben de afgelopen eeuwen flinke aardbevingen plaatsgevonden, maar de piramide van Cheops staat er nog altijd vrijwel ongeschonden bij. Egyptische geofysici denken nu te weten waarom. De stenen kolos en de bodem eronder trillen op zo’n verschillende toonhoogte, dat schokgolven elkaar tijdens een beving nauwelijks kunnen versterken.

De grootste piramide van Egypte werd ruim 4600 jaar geleden voltooid en heeft sindsdien meerdere bevingen overleefd. Bij Fayoum rolde in 1847 een beving met een kracht van 6,8 over de regio en in 1992 schudde een beving van 5,8 het plateau van Gizeh. Bij die laatste vielen wat bekledingsstenen van de top, maar de kern bleef intact. Waarom het bouwwerk zo robuust is, was tot nu toe vooral gissen.

Schrijf je in voor de nieuwsbrief! Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week? Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!

De piramide trilt mee, maar in zijn eigen ritme

Alles trilt. Een brug, een wolkenkrabber, een stenen piramide en zelfs de bodem onder je voeten beweegt voortdurend een heel klein beetje mee met wind, verkeer en oceaangolven, elk in zijn eigen tempo, de zogenoemde eigen frequentie. Vergelijk het met een schommel: die heeft een natuurlijk ritme en als je op precies dat ritme aanduwt, gaat hij steeds hoger. Duw je op een ander moment, dan gebeurt er weinig.

Bij een aardbeving werkt dat hetzelfde. Schokgolven uit de bodem komen aan bij een gebouw met een bepaald ritme. Trilt dat gebouw toevallig in hetzelfde ritme mee, dan versterken de trillingen elkaar en kan het bouwwerk het zwaar te verduren krijgen. Verschillen die twee ritmes, dan glijden de schokgolven er als het ware langsheen.

Een meetapparaat op 37 plekken

Het team van seismoloog Asem Salama van het Egyptische onderzoeksinstituut NRIAG plaatste een gevoelig trillingsapparaat op 37 verschillende plekken in en om de piramide. In de Koningskamer en de Koninginnenkamer, in de smalle gangen, op losse bouwblokken aan de buitenzijde, in de zogenoemde ontlastingskamers diep in het bouwwerk en in de zandgrond eromheen. Door 15 minuten per plek de natuurlijke achtergrondtrillingen op te nemen, konden de geofysici precies bepalen op welk ritme elk onderdeel meedeint.

Bodem en piramide trillen heel anders

De uitkomst was opvallend gelijkmatig. Op driekwart van de meetpunten binnen de piramide lag het ritme tussen 2,0 en 2,6 hertz, met een gemiddelde van 2,3. De bodem rondom het bouwwerk trilde juist veel langzamer, zo’n 0,6 hertz. Dat verschil is fors en het is volgens de onderzoekers precies wat de piramide beschermt. Een aardbeving zet de bodem aan het schudden in een ritme dat de stenen massa erboven niet overneemt. De schokgolven dempen uit in plaats van op te bouwen.

Wil je niets van Scientias missen? Volg Scientias op Google Discover dan zie je al onze verhalen!

Hoger in het bouwwerk, sterkere uitslag

De metingen toonden ook iets logisch: hoe hoger in de piramide, hoe groter de uitslag van de trillingen. Op grondniveau was er nauwelijks versterking. In de Koningskamer, op zo’n 48 meter hoogte, kwamen horizontale bewegingen vier keer zo sterk binnen als beneden. Dat is vergelijkbaar met hoe de top van een hoog gebouw bij een beving veel meer uitzwaait dan de begane grond.

Holtes boven de Koningskamer dempen de klap

Vlak boven de Koningskamer ligt een rij van vijf kleine holtes boven elkaar, de zogenoemde ontlastingskamers. Lang werd aangenomen dat ze vooral dienden om het gewicht van het bovenliggende steen op te vangen, zodat de Koningskamer eronder niet werd verpletterd. Volgens normale logica zouden de trillingen in die holtes nog sterker moeten zijn dan in de Koningskamer eronder, omdat ze hoger liggen. Maar de meetapparatuur registreerde daar juist een lagere uitslag.

Het Egyptische team ziet dat die holtes meer doen dan alleen gewicht dragen. Ze lijken trillingen ook actief te dempen en zo de Koningskamer eronder te beschermen.

Stevige fundering

De fundering bleek eveneens gunstig. De piramide rust op een dik pakket hard kalksteen en metingen aan de bodem onder het bouwwerk lieten zien dat die niet kwetsbaar is voor schade door schudden. Daar komt nog een handig kenmerk bij: het meeste gewicht van de piramide zit in de onderste lagen en neemt naar boven toe af. Dat houdt het bouwwerk stabiel.

Bewust ontwerp of toeval?

De verleiding is groot om te concluderen dat de oude Egyptenaren al wisten hoe ze aardbevingsbestendig moesten bouwen. De onderzoekers zijn daar zelf nadrukkelijk voorzichtig in. De metingen tonen alleen dat het bouwwerk zich gunstig gedraagt bij trillingen, niet wat er ruim vier millennia geleden in de hoofden van de architecten omging. Het kan net zo goed een gelukkig samenspel zijn van een hoge berg keurig op elkaar gestapeld kalksteen op een stevige rotsbodem.

Ook de gebruikte techniek heeft grenzen. Ze laat alleen het meest dominante trillingsritme zien en geen volledig beeld van alle manieren waarop de piramide kan bewegen tijdens een echte beving of schok. Het team wil daarom de metingen op enkele afwijkende plekken herhalen en aanvullen met geavanceerdere computermodellen. Pas dan kan duidelijker worden hoeveel van de zichtbare aardbevingsbestendigheid een gevolg is van slim bouwen en hoeveel van puur geluk.

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: